JP5122416B2 - エアテーブル装置および軸受間隔修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械、精密機械、液晶検査装置、液晶搬送装置などでワークや測定器、ロボットなどの移動に利用されるリニアモータ駆動のエアテーブル装置および軸受間隔修正方法に関する。

静圧空気軸受直線案内にそってリニアモータ駆動によりテーブルなどの移動体を直線移動させるエアテーブル装置は、精密機械関連機器、液晶関連機器に広く利用されている。この種のエアテーブル装置では、静圧空気軸受とリニアモータを採用することで、高速移動と高い位置決め精度を実現することができる。

エアテーブル装置では、静圧空気軸受の軸受隙間が種々の原因から変化することが従来から問題とされている。

例えば、基台およびガイドレールと、ステージの熱膨張の差に起因して、ガイドレールの静圧空気軸受の軸受隙間が変化することが知られている。ステージが大型化すると、最悪の場合、軸受隙間が無くなるので、特許文献１では、ステージの大小とは関係なく、一対の水平方向空気空気軸受の間の距離を小さく設定する構造を開示している。

ところで、従来から利用されているエアテーブル装置には、図４に示すようなＴ字形のガイドレール２２に沿ってスライダー２０が走行するエアーテーブル装置がある。

図５に示すように、スライダー２０の両側には、ガイドレール２２垂直面に対向する横空気軸受４と、ガイドレール２２の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受５、下空気軸受６が取り付けられている。ガイドレール２２とこれらの空気軸受との間には、数μｍから十数μｍの軸受隙間が確保されている。

駆動方式には、リニアモータが採用され、レールの上面中央には、多数の磁石板２５が一列に配列され、スライダー２０は、コイル３０を装備している。
特開２００６−０８４０３４号公報

図５に示すエアーテーブル装置では、スライダー２０にリニアモータを装備すると、コイル３０の中心とスライダー２０の中心が合わなくなる。これは次のような構造に原因がある。

図６に示すように、リニアモータは、コイル３０と磁極検出器３２とで構成される。コイル３０には、必要な加速度を得るために、スライダー２０の本体に対して相対的に大きな面積を占めるコイルが用いられる。このため、コイル３０と磁極検出器３２をスライダー２０に取り付けると、スライダ２０の中心に対してコイル３０の中心にオフセット量が生じる。

このようにスライダー２０の中心とコイルの中心が一致していないと、吸引力はスライダーの重心にかからず、偏荷重となる。そして、進行方向の前後で、スライダーでは軸受隙間が不均一になってしまう。この軸受隙間の不均一は、例えば、図６に例示するようになる。

軸受隙間の不均一はたとえ数μｍの違いであっても、スライダー２０は傾いている状態のため、隙間の大きい方から空気が流出し、軸受の剛性が低下してしまうので、このようなエアテーブルを採用した精密機器では重大な問題になる。

従来、この問題に対処するために、スライダーの重心にコイルの中心を合わせるべく、スライダーの幅を拡げることが考えられる。しかし、スライダーの重量増により加速度が減少したり、所定のストロークを得ようとすると、レールを延ばさなければならなくなるという別の不具合が生じる。

また、磁極検出器側にカウンターウェイトを取り付け、吸引力との釣り合いを取ることが考えられる。しかし、吸引力との釣り合いを取るには、１０〜２０ｋｇのカウンターウェイトを取り付けなければならなくなる。これでは、スライダーの重量増加により加速度が低下してしまう。

このように、いずれの方法も、スライダー中心とコイル中心が一致しないことによる軸受隙間の不均一という課題に対しては抜本的な解決にならない。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解決し、スライダ中心とコイル中心とが不一致であっても、空気軸受とガイドレールの間の軸受隙間を均一に修正し、高速性、高い剛性を得られるようにしたエアーテーブル装置および軸受間隔修正方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、水平部と垂直部がＴ字をなす断面Ｔ字形のレールからなり、前記水平部の上面には、中央に長手方向に磁石が配列されガイドレールと、
前記ガイドレールの垂直部の左右側面にそれぞれ対向する横空気軸受と、前記水平部の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受、下空気軸受を有し、前記ガイドレールをリニアモータ駆動により走行するスライダーと、前記スライダーの走行方向の一側面に配置され、スライダーの滑動面と上記各空気軸受との間の軸受間隔の不均一を修正する吸引力発生部と、を備え、前記吸引力発生部は、前記スライダーの本体の内側面に前記ガイドレールの磁石と対向して設けられるコイルと磁極検出器のうち、前記磁極検知器に近い方の側面に配置されたことを特徴とするものである。

また、本発明は、水平部と垂直部がＴ字をなす断面Ｔ字形のレールからなり、前記水平部の上面には、中央に長手方向に磁石が配列されガイドレールと、前記ガイドレールの垂直部の左右側面にそれぞれ対向する横空気軸受と、前記水平部の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受、下空気軸受を有し、前記ガイドレールをリニアモータ駆動により走行するスライダーと、を有するエアーテーブル装置において、前記スライダーと各空気軸受との間の軸受間隔を均一に修正する方法であって、前記スライダーの走行方向の一側面であって、前記スライダーの本体の内側面に前記ガイドレールの磁石と対向して設けられるコイルと磁極検出器のうち、前記磁極検知器に近い方の側面に吸引力発生手段を配置し、前記吸引力発生手段に吸引力を発生させることにより、前記スライダーの滑動面と上記各空気軸受との間の軸受間隔の不均一を修正することを特徴とする。

本発明によれば、スライダ中心とコイル中心とが不一致であっても、空気軸受とガイドレールの間の軸受隙間を均一に修正し、高速性、高剛性を実現することができる。

以下、本発明によるエアーテーブル装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるエアーテーブル装置を示す斜視図である。この図１において、参照番号２０は、リニアモータ駆動のスライダーを示す。このスライダ−２０には、図示しないテーブルが搭載される。参照番号２２は、スライダー２０が走行するガイドレールを示す。

ガイドレール２２は、水平部２３と垂直部２４とがＴ字をなす断面Ｔ字形のレールが用いられている。このガイドレール２２の水平部２３の上面中央には、磁石２５が長手方向に配列されている。

図２は、スライダー２０の断面を示す。このスライダー２０では、次のような空気軸受が組み合わされた構造になっている。
スライダー２０の左右両側には、ガイドレール２２の水平部２３の左右側面にそれぞれ対向する横空気軸受２６ａ、２６ｂが取り付けられている。また、スライダー２０には、ガイドレール２２の水平部２３の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受２７ａ、２７ｂと下空気軸受２８ａ、２８ｂが取り付けられている。なお、図２において、参照符合２１は位置検出に用いるリニアスケールである。

また、図３に示すように、スライダー２０の内側には、リニアモータの要素として、コイル３０と磁極検知器３２が一つずつ設けられており、このコイル３０と磁極検知器３２は、ガイドレール２２に配列している磁石２５と対向し合う位置に配置されている。

スライダー２０を高速に走行させるためには、大きな容量のコイル３０を取り付ける必要がある。このため、コイル３０も大きくなる。しかも、コイル３０は磁極検出器３２とペアで取り付けられることから、スライダー２０の中心に対してコイル３０の中心が偏心することになる。このような偏心があることによって、偏荷重が生じて、スライダ−２０に６つ設けてある空気軸受うち、特に、上空気軸受２７ａ、２７ｂ、下空気軸受２８ａ、２８ｂの各軸受間隔にばらつきが生じる。

そこで、本実施形態のエアーテーブル装置では、軸受間隔の不均一を修正するために、図１、図３に示すように、吸引力発生部３４をスライダ−２０に設けている。

この吸引力発生部３４は、磁石との間で磁力と吸引力を発生する全体が板状を呈する鉄系材料からなり、スライダー２０の走行方向に向く側面２０ａに配置されている。そして、この吸引力発生部３４が取り付けられている側面２０ａは、磁極検知器３２に近い方の側面である。

このような吸引力発生部３４は、その面積とガイドレール２２の磁石２５との間の隙間の大きさに応じた大きさの吸引力を発生するようになっている。

本実施形態によるエアーテーブル装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
図６は、吸引力発生部３４をスライダー２０に取り付ける前の空気軸受の軸受間隔を測定した例を示す。この図６では、スライダ−２０の四隅における軸受間隔を示している。ここで、上隙間とは、図２との対比において、上空気軸受２７ａ、２７ｂとガイドレール２２の水平部２３の上滑動面との間の隙間をいう。下隙間とは、下空気軸受２８ａ、２８ｂとガイドレール２２の水平部の下滑動面との間の隙間を指している。

上述したように、スライダ−２０の中心に対してコイル３０の中心がオフセットしていると、図６では、スライダ−２０の右側に向かって低くなるように僅かに傾斜することになる。このため、スライダ−２０の右側では、上隙間は小さくなり、下隙間は大きくなる。スライダー２０の左側では、逆に上隙間は大きくなり、下隙間は小さくなる。

そこで、本実施形態のように、スライダ−２０の側面２０ａ、この場合、高くなっている方の側面に、吸引力発生部３４を設けて、磁石２５に対して吸引力を発生させる。そうすると、スライダー２０の高くなっている方が低くなるように磁石２５に引き付けられるので、上隙間は小さく下隙間は大きくなるように修正される。そして、スライダ−２０の右側では、上隙間は大きく下隙間は小さくなるように修正される。この結果、図３に示すように、スライダー２０の上隙間、下隙間とも全体にわたってほぼ均一にすることができる。

なお、吸引力発生部３４のコイルの吸引力は、磁石とのギャップが０のとき、約０．３Ｎ／ｍｍ2発生するので、吸引力発生部３４の面積×ギャップの関係を利用して吸引力の大きさを調整し、均一隙間になるようにする。吸引力発生部３４の形状は、四角、三角等は問わない。

以上のようにして、スライダー２０に吸引力発生部３４を設けることにより、幅を大きくしたり、質量を増やしたりというように、スライダー２０そのものには全く変更を加えることなく、空気軸受の間隔を均一に保つことができるので、高速性を確保しつつて高い軸受剛性を実現することができる。

本発明によるエアーテーブル装置の一実施形態を示す斜視図である。 同エアーテーブル装置のスライダの横断面図である。 本発明によるエアーテーブル装置に設けた吸引力発生部の配置位置を示す平面図である。 従来のエアーテーブル装置を示す斜視図である。 従来のエアーテーブル装置のスライダの構成説明図である。 従来のエアーテーブル装置における軸受間隔のはらつきを示す平面図である。

符号の説明

２０ スライダ
２２ ガイドレール
２６ａ，２６ｂ 横空気軸受
２７ａ，２７ｂ 上空気軸受
２８ａ，２８ｂ 下空気軸受
３０ コイル
３２ 磁極検知器
３４ 吸引力発生部

Claims (3)

1. 水平部と垂直部がＴ字をなす断面Ｔ字形のレールからなり、前記水平部の上面には、中央に長手方向に磁石が配列されガイドレールと、
   前記ガイドレールの垂直部の左右側面にそれぞれ対向する横空気軸受と、前記水平部の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受、下空気軸受を有し、前記ガイドレールをリニアモータ駆動により走行するスライダーと、
   前記スライダーの走行方向の一側面に配置され、スライダーの滑動面と上記各空気軸受との間の軸受間隔の不均一を修正する吸引力発生部と、を備え、
   前記吸引力発生部は、前記スライダーの本体の内側面に前記ガイドレールの磁石と対向して設けられるコイルと磁極検出器のうち、前記磁極検知器に近い方の側面に配置されたことを特徴とするエアーテーブル装置。
2. 前記吸引力発生部は、その面積と前記ガイドレールとの磁石との間の隙間の大きさに応じた吸引力を発生する板状の鉄系材料からなることを特徴とする請求項１に記載のエアーテーブル装置。
3. 水平部と垂直部がＴ字をなす断面Ｔ字形のレールからなり、前記水平部の上面には、中央に長手方向に磁石が配列されガイドレールと、前記ガイドレールの垂直部の左右側面にそれぞれ対向する横空気軸受と、前記水平部の上下面にそれぞれ対向する上空気軸受、下空気軸受を有し、前記ガイドレールをリニアモータ駆動により走行するスライダーと、を有するエアーテーブル装置において、前記スライダーと各空気軸受との間の軸受間隔を均一に修正する方法であって、
   前記スライダーの走行方向の一側面であって、前記スライダーの本体の内側面に前記ガイドレールの磁石と対向して設けられるコイルと磁極検出器のうち、前記磁極検知器に近い方の側面に吸引力発生手段を配置し、前記吸引力発生手段に吸引力を発生させることにより、前記スライダーの滑動面と上記各空気軸受との間の軸受間隔の不均一を修正することを特徴とするエアーテーブル装置における軸受間隔修正方法。

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