JP2948010B2 - 直線駆動装置 - Google Patents
直線駆動装置Info
- Publication number
- JP2948010B2 JP2948010B2 JP4061392A JP4061392A JP2948010B2 JP 2948010 B2 JP2948010 B2 JP 2948010B2 JP 4061392 A JP4061392 A JP 4061392A JP 4061392 A JP4061392 A JP 4061392A JP 2948010 B2 JP2948010 B2 JP 2948010B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- linear drive
- shaft
- bearing
- voice coil
- coil motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静圧気体軸受とボイスコ
イル形モータを組み合わせた直線駆動装置に関するもの
である。
イル形モータを組み合わせた直線駆動装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の精密測定機等に用いる直線駆動装
置を図７に示す。静圧気体軸受１０１に支持された断面
角形状の軸１０２の一端側に、コイル組立体１０３ａお
よび磁気回路組立体１０３から構成されるボイスコイル
モータが配置され、他端側にリニアエンコーダ１０４が
取り付けられており、測定機等が軸の端部１０２ａに取
付けられる。ボイスコイルモータ１０３はリニアエンコ
ーダ１０４の位置信号に基づいて軸１０２を目的とする
位置まで送る。
置を図７に示す。静圧気体軸受１０１に支持された断面
角形状の軸１０２の一端側に、コイル組立体１０３ａお
よび磁気回路組立体１０３から構成されるボイスコイル
モータが配置され、他端側にリニアエンコーダ１０４が
取り付けられており、測定機等が軸の端部１０２ａに取
付けられる。ボイスコイルモータ１０３はリニアエンコ
ーダ１０４の位置信号に基づいて軸１０２を目的とする
位置まで送る。
【０００３】また、実開昭５９−７２３１７号公報に見
られるように、断面円形状の軸及び軸受において、軸の
回転自由度を拘束するために、軸および軸受間に、回転
防止用の係合部とその係合部に流体吹出口とを備えたも
のがあった。
られるように、断面円形状の軸及び軸受において、軸の
回転自由度を拘束するために、軸および軸受間に、回転
防止用の係合部とその係合部に流体吹出口とを備えたも
のがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では図７の構成の場合、ボイスコイルモータと静圧
気体軸受が直列に配置されているため、装置が大型化
し、また軸断面角形状の静圧気体軸受を構成するために
は、部品点数が多くなりまた、組立時に隙間調整等の調
整作業が必要となり、コストが高かった。また実公昭５
９−７２３１７号公報記載の構成においては、回転防止
用の係合部が軸および軸受間に設けられ、係合部と係合
する相手が、長穴内壁や軸受内壁に設けられた空気流出
路となるため、これらを高精度に加工すること、および
隙間調整等が難しく生産性が悪いものであった。
来例では図７の構成の場合、ボイスコイルモータと静圧
気体軸受が直列に配置されているため、装置が大型化
し、また軸断面角形状の静圧気体軸受を構成するために
は、部品点数が多くなりまた、組立時に隙間調整等の調
整作業が必要となり、コストが高かった。また実公昭５
９−７２３１７号公報記載の構成においては、回転防止
用の係合部が軸および軸受間に設けられ、係合部と係合
する相手が、長穴内壁や軸受内壁に設けられた空気流出
路となるため、これらを高精度に加工すること、および
隙間調整等が難しく生産性が悪いものであった。
【０００５】また、上記従来例では装置の誤動作及び人
為的ミス等により、加圧気体の供給が停止し、軸と軸受
が接触した状態になったとき、装置に外力等が作用した
場合、軸が接触状態のまま移動し軸及び軸受に損傷を与
えることがあった。
為的ミス等により、加圧気体の供給が停止し、軸と軸受
が接触した状態になったとき、装置に外力等が作用した
場合、軸が接触状態のまま移動し軸及び軸受に損傷を与
えることがあった。
【０００６】さらに、ボイスコイルモータのコイルによ
り囲まれる閉空間において外部（大気）と連通している
部分はコイルとヨーク間の隙間しかなく、排気効率が悪
いため、位置決め駆動時における閉空間の体積変化に伴
う圧力変化により、コイルおよび軸がアキシャル方向
（位置決め方向）に変位（０．１μｍオーダの変位）さ
せられようとし、これがアキシャル方向の振動を励起
し、位置決め精度や位置決め時間の劣化の原因となると
いう欠点があった。
り囲まれる閉空間において外部（大気）と連通している
部分はコイルとヨーク間の隙間しかなく、排気効率が悪
いため、位置決め駆動時における閉空間の体積変化に伴
う圧力変化により、コイルおよび軸がアキシャル方向
（位置決め方向）に変位（０．１μｍオーダの変位）さ
せられようとし、これがアキシャル方向の振動を励起
し、位置決め精度や位置決め時間の劣化の原因となると
いう欠点があった。
【０００７】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たものであって、その第１の目的は、小型で簡単な構造
であって、組立作業および隙間調整等が容易な生産性の
高い直線駆動装置を提供することにある。第２の目的
は、加圧気体の供給停止により静圧気体軸受の軸と軸受
が接触した状態でこれらの軸および軸受が外力により移
動することを防止した直線駆動装置を提供することにあ
る。また、第３の目的は、直線駆動装置において、ボイ
スコイルモータのコイルによって囲まれた閉空間からの
排気効率を向上させることにある。
たものであって、その第１の目的は、小型で簡単な構造
であって、組立作業および隙間調整等が容易な生産性の
高い直線駆動装置を提供することにある。第２の目的
は、加圧気体の供給停止により静圧気体軸受の軸と軸受
が接触した状態でこれらの軸および軸受が外力により移
動することを防止した直線駆動装置を提供することにあ
る。また、第３の目的は、直線駆動装置において、ボイ
スコイルモータのコイルによって囲まれた閉空間からの
排気効率を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】前記第１の目
的を達成するため、本発明によれば、主機構であるボイ
スコイルモータと軸受を一体的に配置し、主機構以外の
機構を軸および軸受間の外部（軸受ハウジングの外部）
に配置したことにより、前記従来例のコストや生産性の
面での欠点を除くようにした。主機構以外の機構として
は、軸の回転自由度を拘束する回り止め機構や後述する
ロック機構などを例示することができる。前記回り止め
機構は、その構成を平面静圧気体軸受と平板状のガイド
による単純な形状とすることができ、装置全体の小型化
に役立つ。
的を達成するため、本発明によれば、主機構であるボイ
スコイルモータと軸受を一体的に配置し、主機構以外の
機構を軸および軸受間の外部（軸受ハウジングの外部）
に配置したことにより、前記従来例のコストや生産性の
面での欠点を除くようにした。主機構以外の機構として
は、軸の回転自由度を拘束する回り止め機構や後述する
ロック機構などを例示することができる。前記回り止め
機構は、その構成を平面静圧気体軸受と平板状のガイド
による単純な形状とすることができ、装置全体の小型化
に役立つ。
【０００９】また、前記第２の目的を達成するため、本
発明によれば、可動体（軸）をロックする機構を設ける
ことにより前記軸及び軸受に損傷を与えるという従来例
の欠点を除くようにしている。即ち、本発明では静圧気
体軸受とボイスコイルモータにより軸を所定の方向へ位
置決めする直線駆動装置であって、静圧気体軸受とこの
静圧気体軸受により支持される軸とをボイスコイルモー
タの磁気回路組立体内部に配置した直線駆動装置におい
て、軸の移動方向の自由度を拘束するロック機構を設け
ている。
発明によれば、可動体（軸）をロックする機構を設ける
ことにより前記軸及び軸受に損傷を与えるという従来例
の欠点を除くようにしている。即ち、本発明では静圧気
体軸受とボイスコイルモータにより軸を所定の方向へ位
置決めする直線駆動装置であって、静圧気体軸受とこの
静圧気体軸受により支持される軸とをボイスコイルモー
タの磁気回路組立体内部に配置した直線駆動装置におい
て、軸の移動方向の自由度を拘束するロック機構を設け
ている。
【００１０】また、前記第３の目的を達成するため、本
発明によれば、静圧気体軸受とボイスコイルモータによ
り軸を所定の位置へ位置決めする直線駆動装置におい
て、ボイスコイルモータのコイルに囲まれた閉空間から
外部へ通じる排気孔を設け、これにより該閉空間からの
排気効率を向上させるようにしている。
発明によれば、静圧気体軸受とボイスコイルモータによ
り軸を所定の位置へ位置決めする直線駆動装置におい
て、ボイスコイルモータのコイルに囲まれた閉空間から
外部へ通じる排気孔を設け、これにより該閉空間からの
排気効率を向上させるようにしている。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の実施例の部分断面図であり、
図２は図１のＸ矢視図である。１は円筒状の軸受ハウジ
ングである。２ａ、２ｂは軸受ハウジング１に焼ばめ等
の手段により嵌着されている円環状の多孔質軸受部材で
あり円周方向に排気溝３が設けられている。４は図のよ
うに軸受ハウジングの円周方向に複数個設けられた給気
溝である。５は軸、６は微小隙間である。７は軸受ハウ
ジング１に設けられた給気孔であり、図のように給気溝
４に連通している。８は軸受ハウジング１の外周面に設
けられた排気溝であり、排気孔９が連通している。Ａは
ボイスコイルモータの磁気回路組立体であり、ヨーク部
材１０およびマグネット１１で構成されている。１０ａ
は外ヨーク部材、１０ｂは内ヨーク部材である。磁気回
路組立体Ａには、例えば取付け部材１２が備わり、この
取付部材１２がボルト１３等により基台１４に固定され
る。磁気回路組立体Ａの内径部分に軸受ハウジング１が
嵌合され、ボルト１５により固定される。Ｂはボイスコ
イルモータのコイル組立体であり、コイルヘッド１６と
スリーブ及びコイル１７で構成されている。ボイスコイ
ルモータＣは磁気回路組立体Ａとコイル組立体Ｂで構成
される。１８はコイルヘッド１６に設けられた排気孔で
ある。コイルヘッド１６は軸５の一端に固定される。軸
５の他端にはヘッド部材１９が取付けられる。１９ａは
図示しない測定器等の取付け面である。Ｄはリニアエン
コーダであり、検出ヘッド２０とスケール２１とで構成
される。検出ヘッド２０は取付部材２２により、基台１
４に固定される。スケール２１はヘッド部材１９のスケ
ール取付部１９ｂに図示しない板ばね部材等により固定
される。２３は遮光部材である。
図２は図１のＸ矢視図である。１は円筒状の軸受ハウジ
ングである。２ａ、２ｂは軸受ハウジング１に焼ばめ等
の手段により嵌着されている円環状の多孔質軸受部材で
あり円周方向に排気溝３が設けられている。４は図のよ
うに軸受ハウジングの円周方向に複数個設けられた給気
溝である。５は軸、６は微小隙間である。７は軸受ハウ
ジング１に設けられた給気孔であり、図のように給気溝
４に連通している。８は軸受ハウジング１の外周面に設
けられた排気溝であり、排気孔９が連通している。Ａは
ボイスコイルモータの磁気回路組立体であり、ヨーク部
材１０およびマグネット１１で構成されている。１０ａ
は外ヨーク部材、１０ｂは内ヨーク部材である。磁気回
路組立体Ａには、例えば取付け部材１２が備わり、この
取付部材１２がボルト１３等により基台１４に固定され
る。磁気回路組立体Ａの内径部分に軸受ハウジング１が
嵌合され、ボルト１５により固定される。Ｂはボイスコ
イルモータのコイル組立体であり、コイルヘッド１６と
スリーブ及びコイル１７で構成されている。ボイスコイ
ルモータＣは磁気回路組立体Ａとコイル組立体Ｂで構成
される。１８はコイルヘッド１６に設けられた排気孔で
ある。コイルヘッド１６は軸５の一端に固定される。軸
５の他端にはヘッド部材１９が取付けられる。１９ａは
図示しない測定器等の取付け面である。Ｄはリニアエン
コーダであり、検出ヘッド２０とスケール２１とで構成
される。検出ヘッド２０は取付部材２２により、基台１
４に固定される。スケール２１はヘッド部材１９のスケ
ール取付部１９ｂに図示しない板ばね部材等により固定
される。２３は遮光部材である。
【００１２】Ｅは回り止めユニットであり、図３はその
部分断面図である。回り止めユニットＥは、ヘッド部材
１９に固定されたガイドプレート２４とその両側に所定
の微小隙間２５を介して配置された平板状の多孔質軸受
部材２６ａおよび２６ｂを保持する保持部材２７とで構
成される。２８は保持部材２７に設けられたポケット、
２９は給気孔である。
部分断面図である。回り止めユニットＥは、ヘッド部材
１９に固定されたガイドプレート２４とその両側に所定
の微小隙間２５を介して配置された平板状の多孔質軸受
部材２６ａおよび２６ｂを保持する保持部材２７とで構
成される。２８は保持部材２７に設けられたポケット、
２９は給気孔である。
【００１３】図４は図２のＹ矢視図でエアシリンダ３０
の取付け部を示す。３０はエアシリンダ（例えば単動押
出し型）であり、ブラケット３１により軸受ハウジング
１に固定されている。３２はエアシリンダ３０のロッド
に設けられたクランプヘッド、３３はクランプ台であ
る。３４は板ばねであり、ヘッド部材１９に固定され、
図のようにクランプヘッド３２とクランプ台３３の間に
所定の隙間を介して配置される。
の取付け部を示す。３０はエアシリンダ（例えば単動押
出し型）であり、ブラケット３１により軸受ハウジング
１に固定されている。３２はエアシリンダ３０のロッド
に設けられたクランプヘッド、３３はクランプ台であ
る。３４は板ばねであり、ヘッド部材１９に固定され、
図のようにクランプヘッド３２とクランプ台３３の間に
所定の隙間を介して配置される。
【００１４】上記構成において、軸受ハウジング１の給
気孔７より加圧気体を供給すると円環状の多孔質軸受部
材２ａ、２ｂを通過し、微小隙間６に噴出して軸５を軸
方向に移動可能に静圧支持する。微小隙間６に噴出した
加圧気体は、ヘッド部材１９側の軸受端部からは直接外
部へ排出されるとともに、他方の軸受端部及び排気孔
９、排気溝８を通って軸受ハウジング１からコイル組立
体Ｂに囲まれた閉空間Ｖへ排出され、その後、ヨーク部
材１０ａ及びマグネット１１とスリーブ１７との隙間ｈ
1 及びｈ2 と、排気孔１８とから装置外部へ排出され
る。
気孔７より加圧気体を供給すると円環状の多孔質軸受部
材２ａ、２ｂを通過し、微小隙間６に噴出して軸５を軸
方向に移動可能に静圧支持する。微小隙間６に噴出した
加圧気体は、ヘッド部材１９側の軸受端部からは直接外
部へ排出されるとともに、他方の軸受端部及び排気孔
９、排気溝８を通って軸受ハウジング１からコイル組立
体Ｂに囲まれた閉空間Ｖへ排出され、その後、ヨーク部
材１０ａ及びマグネット１１とスリーブ１７との隙間ｈ
1 及びｈ2 と、排気孔１８とから装置外部へ排出され
る。
【００１５】一方回り止めユニットＥにおいて、保持部
材２７の給気孔２９より加圧気体を供給すると平板状の
多孔質軸受部材２６ａ、２６ｂを通過して微小隙間２５
に噴出しガイドプレート２４を静圧支持して軸５の回転
自由度を拘束する。微小隙間２５に噴出した加圧気体は
軸受端部から外部へ排出される。ボイスコイルモータＣ
はリニアエンコーダＤからの位置信号に基づいて所定の
位置まで軸５を移動させる。エアシリンダ３０は通常
（加圧気体が供給され、装置が稼動状態にあるとき）は
図のような位置にクランプヘッド３２を突出させている
が、装置の誤動作又は人為的なミスにより加圧気体が供
給されなくなったときは、クランプヘッド３２が引き込
まれ、板３４をクランプし、軸５の軸方向の動きを拘束
する。
材２７の給気孔２９より加圧気体を供給すると平板状の
多孔質軸受部材２６ａ、２６ｂを通過して微小隙間２５
に噴出しガイドプレート２４を静圧支持して軸５の回転
自由度を拘束する。微小隙間２５に噴出した加圧気体は
軸受端部から外部へ排出される。ボイスコイルモータＣ
はリニアエンコーダＤからの位置信号に基づいて所定の
位置まで軸５を移動させる。エアシリンダ３０は通常
（加圧気体が供給され、装置が稼動状態にあるとき）は
図のような位置にクランプヘッド３２を突出させている
が、装置の誤動作又は人為的なミスにより加圧気体が供
給されなくなったときは、クランプヘッド３２が引き込
まれ、板３４をクランプし、軸５の軸方向の動きを拘束
する。
【００１６】次に、排気孔１８の直径ｄについて説明す
る。排気孔１８の個数をｎとすれば排気孔１８のコンダ
クタンスＣ2 は数１式で表される。
る。排気孔１８の個数をｎとすれば排気孔１８のコンダ
クタンスＣ2 は数１式で表される。
【００１７】
【数１】 そして、ヨーク部材１０ａ及びマグネット１１とスリー
ブ１７との隙間ｈ1 及びｈ2 のコンダクタンスをＣ1 と
すれば、トータルのコンダクタンスＣ0 は、Ｃ0 ＝Ｃ1
＋Ｃ2 で表される。
ブ１７との隙間ｈ1 及びｈ2 のコンダクタンスをＣ1 と
すれば、トータルのコンダクタンスＣ0 は、Ｃ0 ＝Ｃ1
＋Ｃ2 で表される。
【００１８】閉空間Ｖへは軸受ハウジング１から気体が
排出されているが、コイル組立体Ｂ及び軸５の停止時
（位置決め完了時等）においては、閉空間Ｖの圧力と外
部（大気）の圧力はつり合っており、アキシャル方向の
位置決めに対する外乱はない。そして、ボイスコイルモ
ータＣにより軸５がある程度移動させられたときの閉空
間Ｖの単位時間当りの体積変化ΔＶに相当する流量Ｑ
が、コイル組立体Ｂが移動した瞬間に隙間ｈ1 ，ｈ2 及
び排気孔１８から排出されるためには、閉空間Ｖにおけ
る圧力が、大気圧をＰa とすればΔＰ＝Ｐa ・Ｑ／Ｃ0
で表される量ΔＰだけ変化する必要がある。このΔＰに
より生じる力によって、コイル組立体Ｂはアキシャル方
向に、閉空間Ｖのアキシャル方向の長さをＬとすればΔ
ｘ＝ΔＰ・Ｌ／Ｐaで表される量Δｘだけ移動されよう
とする。そしてこれが原因となってアキシャル方向の振
動が発生する。したがって、ｘ0 をアキシャル方向の振
動の設計上の許容値とすれば、Δｘ＜ｘ0 を満足するコ
ンダクタンスＣ0 が得られるような隙間ｈ1 ，ｈ2 及び
排気孔１８が必要である。そして一般に、ボイスコイル
モータＣのヨーク部材１０ａ及びマグネット１１とスリ
ーブ１７との隙間ｈ1，ｈ2 は、推力等によりある程度
限定されるため、必要なコンダクタンスＣ0 を得るに
は、排気孔１８の直径ｄを設計条件に合わせて決定する
必要がある。排気孔１８が１個または同形のものが複数
個（ｎ個）ある場合、排気孔１８の直径ｄは、数２式で
表される。
排出されているが、コイル組立体Ｂ及び軸５の停止時
（位置決め完了時等）においては、閉空間Ｖの圧力と外
部（大気）の圧力はつり合っており、アキシャル方向の
位置決めに対する外乱はない。そして、ボイスコイルモ
ータＣにより軸５がある程度移動させられたときの閉空
間Ｖの単位時間当りの体積変化ΔＶに相当する流量Ｑ
が、コイル組立体Ｂが移動した瞬間に隙間ｈ1 ，ｈ2 及
び排気孔１８から排出されるためには、閉空間Ｖにおけ
る圧力が、大気圧をＰa とすればΔＰ＝Ｐa ・Ｑ／Ｃ0
で表される量ΔＰだけ変化する必要がある。このΔＰに
より生じる力によって、コイル組立体Ｂはアキシャル方
向に、閉空間Ｖのアキシャル方向の長さをＬとすればΔ
ｘ＝ΔＰ・Ｌ／Ｐaで表される量Δｘだけ移動されよう
とする。そしてこれが原因となってアキシャル方向の振
動が発生する。したがって、ｘ0 をアキシャル方向の振
動の設計上の許容値とすれば、Δｘ＜ｘ0 を満足するコ
ンダクタンスＣ0 が得られるような隙間ｈ1 ，ｈ2 及び
排気孔１８が必要である。そして一般に、ボイスコイル
モータＣのヨーク部材１０ａ及びマグネット１１とスリ
ーブ１７との隙間ｈ1，ｈ2 は、推力等によりある程度
限定されるため、必要なコンダクタンスＣ0 を得るに
は、排気孔１８の直径ｄを設計条件に合わせて決定する
必要がある。排気孔１８が１個または同形のものが複数
個（ｎ個）ある場合、排気孔１８の直径ｄは、数２式で
表される。
【００１９】
【数２】 ここで、ηは気体の粘性係数、ｌは排気孔１８の長さ
（≒コイルヘッド１６の厚さ）、ｐｍ はコイル組立体
Ｂ内部の圧力と外部の圧力の平均、ｎは排気孔１８の数
（ｎ＝１，２，３，…）である。すなわち、ΔＰによる
アキシャル方向変位Δｘと、許容値ｘ ０ との関係が、Δ
ｘ＜ｘ ０ となるように排気孔１８のコンダクタンスＣ ２
（＝Ｃ 0 −Ｃ 1 ）を求め、排気孔１８の径を決定すれば、
アキシャル方向の振動を抑制することができ、位置決め
精度及び位置決め時間の向上が可能となる。
（≒コイルヘッド１６の厚さ）、ｐｍ はコイル組立体
Ｂ内部の圧力と外部の圧力の平均、ｎは排気孔１８の数
（ｎ＝１，２，３，…）である。すなわち、ΔＰによる
アキシャル方向変位Δｘと、許容値ｘ ０ との関係が、Δ
ｘ＜ｘ ０ となるように排気孔１８のコンダクタンスＣ ２
（＝Ｃ 0 −Ｃ 1 ）を求め、排気孔１８の径を決定すれば、
アキシャル方向の振動を抑制することができ、位置決め
精度及び位置決め時間の向上が可能となる。
【００２０】一般に、位置決め装置におけるサーボ制御
システムの制御システムゲインを高くすることは、位置
決め精度、位置決め速度、外乱に対する制御系の安定性
等におけるサーボ性能を向上するために重要なことであ
り、そのために、通常の設計手法では、メカ系の固有振
動数ｆを、制御周波数ｆ0 の３倍以上に設定する。ただ
し、メカ系の周波数特性（減衰特性）によっては、２倍
程度でも制御可能である。したがって、本発明における
直線駆動装置においても、メカ系に対して制御周波数の
２〜３倍以上の値の固有振動数となるような周波数特性
が要求される。コイル組立体Ｂ（ＶＣＭコイル）に囲ま
れた閉空間Ｖに排気孔１８を設ける際には、コイル組立
体Ｂと、軸受ハウジング１、多孔質軸受部材２ａ，２ｂ
等からなる直動軸受と、それによって支持される軸５と
により構成される系における固有振動数（送り系剛性）
は、稼動体の質量ｍ、減衰係数ｃ、および剛性ｋの関数
ｆ（ｍ，ｃ，ｋ）で表されるから、制御周波数をｆ0と
するとｆ（ｍ，ｃ，ｋ）≧２ｆ0 となる範囲内で形状、
寸法及び個数を決めなければならない。このｍ，ｃ，ｋ
は排気孔１８の形状、寸法、及び個数によって変化す
る。すなわち、排気孔１８の形状、寸法、及び個数の関
数と考えられるから、この固有振動数ｆ（ｍ，ｃ，ｋ）
の値により排気孔１８の形状、寸法、及び個数の上限値
が限定されることになる。
システムの制御システムゲインを高くすることは、位置
決め精度、位置決め速度、外乱に対する制御系の安定性
等におけるサーボ性能を向上するために重要なことであ
り、そのために、通常の設計手法では、メカ系の固有振
動数ｆを、制御周波数ｆ0 の３倍以上に設定する。ただ
し、メカ系の周波数特性（減衰特性）によっては、２倍
程度でも制御可能である。したがって、本発明における
直線駆動装置においても、メカ系に対して制御周波数の
２〜３倍以上の値の固有振動数となるような周波数特性
が要求される。コイル組立体Ｂ（ＶＣＭコイル）に囲ま
れた閉空間Ｖに排気孔１８を設ける際には、コイル組立
体Ｂと、軸受ハウジング１、多孔質軸受部材２ａ，２ｂ
等からなる直動軸受と、それによって支持される軸５と
により構成される系における固有振動数（送り系剛性）
は、稼動体の質量ｍ、減衰係数ｃ、および剛性ｋの関数
ｆ（ｍ，ｃ，ｋ）で表されるから、制御周波数をｆ0と
するとｆ（ｍ，ｃ，ｋ）≧２ｆ0 となる範囲内で形状、
寸法及び個数を決めなければならない。このｍ，ｃ，ｋ
は排気孔１８の形状、寸法、及び個数によって変化す
る。すなわち、排気孔１８の形状、寸法、及び個数の関
数と考えられるから、この固有振動数ｆ（ｍ，ｃ，ｋ）
の値により排気孔１８の形状、寸法、及び個数の上限値
が限定されることになる。
【００２１】ボイスコイルモータはもともと被駆動体を
ダイレクト駆動するのに最適なモータであり、設計上は
被駆動体の重心位置に合わせて配置するように工夫され
る。ボイスコイルモータのコイルは、被駆動体に取り付
けられ、被駆動体の一部となる。したがって、コイルの
重量のアンバランスが大きいと、被駆動体全体としての
重心位置がコイルに作用する推力に対して片寄った位置
になってしまう。そのため、排気孔１８の位置は、例え
ば、コイルヘッド１６に設ける場合、図５（ａ）および
（ｂ）に示すように、重量バランスのとれる位置とする
のが望ましく、また、設計上、どうしても偏荷重となる
場合は、図５（ｃ）に示すように、重力方向において、
駆動軸線よりも下側が重くなるように配置するのが望ま
しい。
ダイレクト駆動するのに最適なモータであり、設計上は
被駆動体の重心位置に合わせて配置するように工夫され
る。ボイスコイルモータのコイルは、被駆動体に取り付
けられ、被駆動体の一部となる。したがって、コイルの
重量のアンバランスが大きいと、被駆動体全体としての
重心位置がコイルに作用する推力に対して片寄った位置
になってしまう。そのため、排気孔１８の位置は、例え
ば、コイルヘッド１６に設ける場合、図５（ａ）および
（ｂ）に示すように、重量バランスのとれる位置とする
のが望ましく、また、設計上、どうしても偏荷重となる
場合は、図５（ｃ）に示すように、重力方向において、
駆動軸線よりも下側が重くなるように配置するのが望ま
しい。
【００２２】本実施例によれば、 １） ボイスコイルモータＣの内部に軸と気体軸受が配
置されているため、駆動系の軸受に対するオーバーハン
グがなく、モーメント荷重が最小に抑えられるので高精
度な送りが可能となり、また装置の小型化が可能とな
る。
置されているため、駆動系の軸受に対するオーバーハン
グがなく、モーメント荷重が最小に抑えられるので高精
度な送りが可能となり、また装置の小型化が可能とな
る。
【００２３】２） リニアエンコーダＤを測定器等を取
りつける取付面１９ａに近づけた配置としたため温度変
化による軸の変形の影響を受けにくくなり高精度な送り
が可能となる。
りつける取付面１９ａに近づけた配置としたため温度変
化による軸の変形の影響を受けにくくなり高精度な送り
が可能となる。
【００２４】３） 回り止めユニットを軸受ハウジング
１の外部に配置し、また平面静圧気体軸受と、平板状の
ガイドとで構成したことにより製造および組立調整作業
が簡単でかつ軸の送り精度、姿勢精度を劣化させずに回
転自由度を拘束することが可能となる。
１の外部に配置し、また平面静圧気体軸受と、平板状の
ガイドとで構成したことにより製造および組立調整作業
が簡単でかつ軸の送り精度、姿勢精度を劣化させずに回
転自由度を拘束することが可能となる。
【００２５】４） エアシリンダ３０によるロック機構
を設けたことにより、装置の誤動作および人為的ミスに
より加圧気体の供給が停止し軸と軸受が接触しても、軸
を固定できるようになり、軸受面及び軸表面の損傷を防
止することが可能となる。
を設けたことにより、装置の誤動作および人為的ミスに
より加圧気体の供給が停止し軸と軸受が接触しても、軸
を固定できるようになり、軸受面及び軸表面の損傷を防
止することが可能となる。
【００２６】５） 軸および軸受を断面円形状としたた
め部品点数が少なく、また隙間は部品精度により、管理
できるため組立調整作業が不要となり安価な装置ができ
る。
め部品点数が少なく、また隙間は部品精度により、管理
できるため組立調整作業が不要となり安価な装置ができ
る。
【００２７】６） 排気孔１８を設けたことで、コイル
により囲まれる閉空間Ｖにおいて、排気効率が向上し、
位置決め駆動時における閉空間Ｖの体積変化に伴う圧力
変化によるコイル及び軸のアキシャル方向の変位が小さ
くなり、したがって、アキシャル方向の振動を小さく抑
えることができ、位置決め制度及び位置決め時間の向上
が可能となる。
により囲まれる閉空間Ｖにおいて、排気効率が向上し、
位置決め駆動時における閉空間Ｖの体積変化に伴う圧力
変化によるコイル及び軸のアキシャル方向の変位が小さ
くなり、したがって、アキシャル方向の振動を小さく抑
えることができ、位置決め制度及び位置決め時間の向上
が可能となる。
【００２８】７） 排気孔１８を設けるにあたり、メカ
系の固有振動数ｆが制御周波数ｆ０に対して、ｆ≧２ｆ
０となるように排気孔１８の形状、寸法、及び個数を決
めるようにしているため、メカ系の送り剛性を小さくす
ることなく制御指令に対してメカ系を十分に追従させる
ことができ、高精度で高速な位置決めが可能となる。
系の固有振動数ｆが制御周波数ｆ０に対して、ｆ≧２ｆ
０となるように排気孔１８の形状、寸法、及び個数を決
めるようにしているため、メカ系の送り剛性を小さくす
ることなく制御指令に対してメカ系を十分に追従させる
ことができ、高精度で高速な位置決めが可能となる。
【００２９】図６に他の実施例を示す。図１と同一部材
については説明を省略する。３５は磁性体からなる軸受
ハウジングでありボイスコイルモータの磁気回路組立体
Ｃの図１における内ヨーク１０ｂを兼ねている。上記構
成によれば軸受ハウジングが磁気回路組立体の一部を構
成しているため、更に小型化が可能になる。尚以上の説
明において気体軸受は、多孔質軸受部材２ａ、２ｂ、２
６ａ、２６ｂによる多孔質絞りとしたが、自成絞り、表
面絞り、オリフィス絞り等の他の絞り形式としてもよ
い。また、ロック機構は、エアシリンダによる方式に限
らず他の方式でもよい。
については説明を省略する。３５は磁性体からなる軸受
ハウジングでありボイスコイルモータの磁気回路組立体
Ｃの図１における内ヨーク１０ｂを兼ねている。上記構
成によれば軸受ハウジングが磁気回路組立体の一部を構
成しているため、更に小型化が可能になる。尚以上の説
明において気体軸受は、多孔質軸受部材２ａ、２ｂ、２
６ａ、２６ｂによる多孔質絞りとしたが、自成絞り、表
面絞り、オリフィス絞り等の他の絞り形式としてもよ
い。また、ロック機構は、エアシリンダによる方式に限
らず他の方式でもよい。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】尚、以上の説明において排気孔１８の形状
は丸形状としたが、所望のコンダクタンスＣ２が得られ
れば、どのような形状でもかまわない。また、軸の断面
形状に関しては、上述した実施例においては、小型かつ
低コストを実現するため丸形状としたが、排気孔を設け
たことによる本発明の効果を得るためには、軸の断面形
状は多角形でもよい。また、適用し得る直線駆動装置
は、一軸に限らず二軸で構成されるものでもよい。
は丸形状としたが、所望のコンダクタンスＣ２が得られ
れば、どのような形状でもかまわない。また、軸の断面
形状に関しては、上述した実施例においては、小型かつ
低コストを実現するため丸形状としたが、排気孔を設け
たことによる本発明の効果を得るためには、軸の断面形
状は多角形でもよい。また、適用し得る直線駆動装置
は、一軸に限らず二軸で構成されるものでもよい。
【００３４】
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように主機構である静圧気
体軸受とその静圧気体軸受により支持される断面円形状
の軸とを、ボイスコイルモータの磁気回路組立体の内部
に配置し、主機構以外の機構を軸および軸受間の外部に
配置したことにより、１ ）製造および組立調整作業が簡単な回転自由度拘束手
段により安価でかつ高精度な直線駆動装置が実現でき
る。さらに、前記主機構以外の機構を小型に構成するこ
とにより、例えば軸の回転自由度を拘束する手段（回り
止め機構）であれば、その構成を平面静圧気体軸受と平
板状のガイドによる単純な形状とすることにより、 ２）装置全体を小型化することができる。
体軸受とその静圧気体軸受により支持される断面円形状
の軸とを、ボイスコイルモータの磁気回路組立体の内部
に配置し、主機構以外の機構を軸および軸受間の外部に
配置したことにより、１ ）製造および組立調整作業が簡単な回転自由度拘束手
段により安価でかつ高精度な直線駆動装置が実現でき
る。さらに、前記主機構以外の機構を小型に構成するこ
とにより、例えば軸の回転自由度を拘束する手段（回り
止め機構）であれば、その構成を平面静圧気体軸受と平
板状のガイドによる単純な形状とすることにより、 ２）装置全体を小型化することができる。
【００３６】また、上記の主機構を有する直線駆動装置
に対し、可動体（軸）をロックする機構を設けたことに
より、上記の効果に加え、 ３ ）装置の誤動作および人為的ミス等により、加圧気体
の供給が停止し、軸と軸受が接近した状態になったと
き、装置に外力等が作用した場合でも、軸が接触状態の
まま移動することがなくなり、軸および軸受の損傷を防
止できる等の効果がある。
に対し、可動体（軸）をロックする機構を設けたことに
より、上記の効果に加え、 ３ ）装置の誤動作および人為的ミス等により、加圧気体
の供給が停止し、軸と軸受が接近した状態になったと
き、装置に外力等が作用した場合でも、軸が接触状態の
まま移動することがなくなり、軸および軸受の損傷を防
止できる等の効果がある。
【００３７】また、ボイスコイルモータのコイルに囲ま
れた閉空間から外部へ通じる排気孔を設け、あるいはさ
らに、その排気孔が所定のコンダクタンスを有するよう
にしたため、閉空間からの排気効率を向上させ、位置決
め駆動時における閉空間の体積変化に伴う圧力変化によ
るコイル及び軸のアキシャル方向の変位を小さくし、ア
キシャル方向の振動を抑え、位置決め精度及び位置決め
時間を向上させる効果がある。また、メカ系の固有振動
数ｆが制御周波数ｆ0 に対してｆ≧２ｆ0 となるように
排気孔の形状、寸法及び個数の上限値を決めることによ
り、メカ系の送り剛性を低下させることなく、位置決め
精度及び位置決め時間を向上させる効果がある。
れた閉空間から外部へ通じる排気孔を設け、あるいはさ
らに、その排気孔が所定のコンダクタンスを有するよう
にしたため、閉空間からの排気効率を向上させ、位置決
め駆動時における閉空間の体積変化に伴う圧力変化によ
るコイル及び軸のアキシャル方向の変位を小さくし、ア
キシャル方向の振動を抑え、位置決め精度及び位置決め
時間を向上させる効果がある。また、メカ系の固有振動
数ｆが制御周波数ｆ0 に対してｆ≧２ｆ0 となるように
排気孔の形状、寸法及び個数の上限値を決めることによ
り、メカ系の送り剛性を低下させることなく、位置決め
精度及び位置決め時間を向上させる効果がある。
【図１】 本発明の実施例に係わる直線駆動装置の一部
断面構成図である。
断面構成図である。
【図２】 図１のＸ方向矢視図である。
【図３】 本発明の実施例に係わる回り止めユニット断
面図である。
面図である。
【図４】 図２のＹ方向矢視図である。
【図５】 図１の装置の排気孔の配置の説明図である。
【図６】 本発明の別の実施例に係わる直線駆動装置の
一部断面構成図である。
一部断面構成図である。
【図７】 従来技術の説明図である。
【符号の説明】 １；軸受ハウジング、２ａ，２ｂ；多
孔質軸受部材、５；軸、１８；排気孔、２４；ガイドプ
レート、２６ａ、２６ｂ；多孔質軸受部材、２７；保持
部材、３０；エアシリンダ、３２；クランプヘッド、３
３；クランプ台、３４；板ばね、Ｃ；ボイスコイルモー
タ、Ｄ；リニアエンコーダ、Ｅ；回り止めユニット、ｈ
１，ｈ２；隙間。
孔質軸受部材、５；軸、１８；排気孔、２４；ガイドプ
レート、２６ａ、２６ｂ；多孔質軸受部材、２７；保持
部材、３０；エアシリンダ、３２；クランプヘッド、３
３；クランプ台、３４；板ばね、Ｃ；ボイスコイルモー
タ、Ｄ；リニアエンコーダ、Ｅ；回り止めユニット、ｈ
１，ｈ２；隙間。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−202348（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−22082（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−3175（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 33/18
Claims (10)
- 【請求項１】 静圧気体軸受とボイスコイルモータによ
り軸を所定の方向ヘ位置決めする直線駆動装置であっ
て、静圧気体軸受と該静圧気体軸受けにより支持される
軸とをボイスコイルモータの磁気回路組立体内部に配置
した直線駆動装置において、軸の移動方向の自由度を拘
束するロック機構を設けたことを特徴とする直線駆動装
置。 - 【請求項２】 前記ロック機構がエアシリンダにより構
成されることを特徴とする請求項１の直線駆動装置。 - 【請求項３】 前記エアシリンダは軸受ハウジング側に
固定され、前記静圧気体軸受への加圧気体の供給停止時
に前記軸側に固定された部材をクランプするように構成
したことを特徴とする請求項２の直線駆動装置。 - 【請求項４】 静圧気体軸受の軸受ハウジングがボイス
コイルモータの磁気回路組立体のヨークを兼ねているこ
とを特徴とする請求項１の直線駆動装置。 - 【請求項５】 ボイスコイルモータのコイルに囲まれた
閉空間から外部へ通じる排気孔を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の直線駆動装置。 - 【請求項６】 前記閉空間には、前記静圧気体軸受から
噴出した気体の一部が排出されていることを特徴とする
請求項５の直線駆動装置。 - 【請求項７】 前記排気孔の形状及び寸法は、位置決め
駆動したときの、前記閉空間の単位時間当りの体積変化
に相当する流量Ｑと、この流量ＱがコンダクタンスＣ2
なる前記排気孔から排出されるための前記閉空間内部の
圧力変化ΔＰと、このΔＰにより生じる力により前記コ
イル及び軸がアキシャル方向に移動させられる量Δｘ
と、前記直線駆動装置におけるアキシャル方向振動の設
計上の許容値ｘ0 とから決定されることを特徴とする請
求項５記載の直線駆動装置。 - 【請求項８】 前記各パラメータ間には、大気圧をＰa
とすればＱ＝Ｃ2 ・ΔＰ／Ｐa 、および前記閉空間のア
キシャル方向の長さをＬとすればΔｘ＝ΔＰ・Ｌ／Ｐa
なる関係が成り立ち、Δｘ＜ｘ0 となるコンダクタンス
Ｃ2 が得られるような前記排気孔の形状及び寸法である
ことを特徴とする請求項７記載の直線駆動装置。 - 【請求項９】 前記排気孔の形状、寸法及び個数は、ボ
イスコイルモータのコイル、静圧気体軸受、及びこれに
支持される軸とで構成される系の固有振動数ｆと、制御
周波数ｆ0 との間にｆ≧２ｆ0 なる関係が成り立つ範囲
内であることを特徴とする請求項５記載の直線駆動装
置。 - 【請求項１０】 前記静圧気体軸受の軸受ハウジングが
ボイスコイルモータの磁気回路組立体のヨークを兼ねて
いることを特徴とする請求項５記載の直線駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/936,840 US5317221A (en) | 1991-09-04 | 1992-08-28 | Linear driving device |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-250321 | 1991-09-04 | ||
| JP25032191 | 1991-09-04 | ||
| JP3-250318 | 1991-09-04 | ||
| JP25031891 | 1991-09-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05122918A JPH05122918A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2948010B2 true JP2948010B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=26539734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4061392A Expired - Fee Related JP2948010B2 (ja) | 1991-09-04 | 1992-01-31 | 直線駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948010B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4092550B2 (ja) * | 2002-06-06 | 2008-05-28 | 株式会社安川電機 | 冷却機能付きボイスコイル形リニアモータ |
| DE102005048956B4 (de) * | 2005-10-13 | 2012-06-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Schwingungserreger |
| JP6289396B2 (ja) * | 2014-10-28 | 2018-03-07 | アズビル株式会社 | アクチュエータ |
| WO2016067903A1 (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | アズビル株式会社 | アクチュエータ |
| KR102042097B1 (ko) * | 2016-02-02 | 2019-11-07 | 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 | 가동코일형 리니어 모터 |
| CN115296504A (zh) * | 2022-08-21 | 2022-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 导向与驱动一体的永磁体两端侧边励磁矩形电磁驱动装置 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP4061392A patent/JP2948010B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05122918A (ja) | 1993-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5317221A (en) | Linear driving device | |
| JP3196798B2 (ja) | 自重支持装置 | |
| EP1810782B1 (en) | Machining apparatus | |
| JPH06183561A (ja) | 移動ステージ装置 | |
| JP3754229B2 (ja) | 可変磁気抵抗リニアモータにおける振動の低減制御方法およびその装置 | |
| US5142172A (en) | Rectilinear-motion driving device for voice coil motor | |
| CN111120512A (zh) | 一种节流气浮轴承以及基于该轴承的快轴伺服系统 | |
| JP3789650B2 (ja) | 加工機械およびそのスピンドル装置 | |
| KR20220035113A (ko) | 일체형 공기정역학적 베어링 가이드를 갖는 철심 선형 모터 포서 | |
| JPH05122918A (ja) | 直線駆動装置 | |
| JP2001241439A (ja) | 静圧軸受を備えた移動装置 | |
| US6260285B1 (en) | Precision workpiece positioning device | |
| US6448723B1 (en) | Stage system and exposure apparatus | |
| JP2000176761A (ja) | 垂直軸直動機構 | |
| JP3290087B2 (ja) | 静圧軸受を用いた位置決め装置 | |
| JP2793608B2 (ja) | 超音波顕微鏡 | |
| JP3106189B1 (ja) | 静圧流体軸受 | |
| JPH08267329A (ja) | 位置決め装置 | |
| JP4580177B2 (ja) | 移動体送り装置 | |
| JPH09317767A (ja) | 位置決め装置 | |
| JP2005169523A (ja) | テーブル位置決め装置 | |
| JP2001277059A (ja) | 回転テーブル | |
| JP2747254B2 (ja) | 流体軸受装置 | |
| JPH09216137A (ja) | 位置決め装置 | |
| JP2007054953A (ja) | 位置決め装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |