JPH0555259B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、NCマシン等の工作機械における
Ｘ・Ｙ・Ｚ軸、自動工具交換装置、自動溶接機、
射出成型機、工業用ロボツト等の一般産業機械の
スライド部において直線往復運動を案内する直線
案内装置に係り、特に、微動及び早送りを高精度
に行なうことが可能な直線案内装置の改良に関す
る。

［従来の技術］ 従来この種の直線案内装置としては、固定ベツ
ト上に設けられた軌道台と、この軌道台の長手方
向に沿つて案内機構を介して案内される摺動台と
からなるもので、上記固定ベツトにボールねじ軸
を軸支すると共に、このボールねじ軸に螺合する
ボールナツトを上記摺動台に連結し、また、上記
固定ベツトにボールスプライン軸を軸支すると共
に、このボールスプライン軸に嵌合された外筒を
上記ボールナツトに連動機構を介して連動させ、
更に、上記ボールねじ軸とボールスプライン軸と
に夫々駆動モータを連結したものがある（特願昭
58−198803号）。

このタイプによれば、上記各駆動モータの回転
方向及び回転速度を適宜調整すれば、上記摺動台
は軌道台に対して微動若しくは早送りされるので
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の直線案内装置
にあつては、摺動台を直線運動させるために、二
つの駆動モータ、ボールねじ、ボールスプライン
等が必要になるため、夫々の取付けスペースを確
保しなければならなくなる分、装置が大型化して
しまうという問題が生ずる。また、上記従来例に
おいては、ボールねじやボールスプラインを使用
しているため、回転トルクによりボールねじ軸や
ボールスプライン軸に捩れが生じたり、ボールね
じ軸とボールナツトとの間あるいはボールスプラ
イン軸と外筒との間にバツクラツシユが発生する
ことは避けられず、その分、摺動台の応答性が悪
く、位置決め精度を大幅に高めることは困難であ
つた。更に、ボールねじやボールスプラインが摺
動台に取付けられているため、摺動台の重量が増
加する分摺動台の慣性力が大きくなり、始動時や
停止時の応答性がそれだけ悪くなるという問題が
あつた。

そこで、本発明者は、先に、長手方向に沿つて
延びる軌道台と、この軌道台の一方面側長手方向
に沿つて案内機構を介して案内される第一摺動台
と、上記軌道台の他方面側長手方向に沿つて案内
機構を介して案内される第二摺動台と、上記軌道
台の第一摺動台側にその長手方向い沿つて設けら
れた幅方向に延びる多数の歯を有する第一固定子
及び第一摺動台側に上記第一固定子との間に所定
のクリアランスを維持して取付けられた複数の励
磁部を有する第一可動子で構成されて上記第一摺
動台を駆動する第一リニアモータ機構と、上記軌
道台の第二摺動台側にその長手方向に沿つて設け
られた幅方向に延びる多数の歯を有する第二固定
子及び第二摺動台側に上記第二固定子との間に所
定のクリアランスを維持して取付けられた複数の
励磁部を有する第二可動子で構成されて上記第二
摺動台を駆動する第二リニアモータ機構とからな
る直線案内装置を既に提供している（特願昭59−
221295号）。

このタイプによれば、送り機構を別途に設ける
必要がなく、装置の小型化を図ることができるほ
か、ボールねじやボールスプライン等の回転誤差
のある回転部分をなくして、可動部分の軽量化を
図ると共に、摺動台の応答性、位置決め精度を向
上させることが可能になる。

しかしながら、このようなタイプにあつても、
何等かの作業をするために目的の地点で摺動台を
一時的に停止させる場合には別にクランプ装置等
の固定手段を設ける必要が生じ、この固定手段を
別個に設ける分だけ余分なスペースが必要になる
ばかりか、装置のコストアツプを招き、しかも、
この固定手段については、直線案内装置に対して
高精度の動作が要求されればそれに対応する高精
度の動作が要求され、この動作の精度が低いと直
線案内装置自体の動作の精度をも低下させること
になり、円滑な直線案内を行なう上でそのバラン
スが崩れるという問題があり、この点で改善の余
地があった。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、以上の問題点に着目してなされた
ものであつて、送り機構及びクランプ装置等の固
定手段を別途に設けることなく、微動や早送り可
能な直線案内及びその停止動作を高精度に行える
ようにした直線案内装置を提供するものである。

すなわち、この発明に係る直線案内装置は、長
手方向に沿つて延びる軌道台と、この軌道台の一
方面側長手方向に沿つて案内機構を介して案内さ
れる第一摺動台と、上記軌道台の他方面側長手方
向に沿つて案内機構を介して案内される第二摺動
台と、上記軌道台の第一摺動台側にその長手方向
沿つて設けられた幅方向に延びる多数の歯を有す
る第一固定子及び第一摺動台側に上記第一固定子
との間に所定のクリアランスを維持して取付けら
れた複数の励磁部を有する第一可動子で構成され
て上記第一摺動台を駆動する第一リニアモータ機
構と、上記軌道台の第二摺動台側にその長手方向
に沿つて設けられた幅方向に延びる多数の歯を有
する第二固定子及び第二摺動台側に上記第二固定
子との間に所定のクリアランスを維持して取付け
られた複数の励磁部を有する第二可動子で構成さ
れて上記第二摺動台を駆動する第二リニアモータ
機構とからなり、上記各リニアモータ機構の可動
子を可撓性部材を介して各摺動台に取付けたもの
である。

このような技術的手段において、軌道台と各摺
動台との間に介装される各リニアモータ機構とし
ては、可変リアクタンス型、永久磁石型あるいは
これらを複合した複合型のいずれのものであつて
もよいが、高精度、高推力を得る上で好ましくは
永久磁石と励磁コア先端部に固定子の歯と相対峙
する複数の誘導子歯が設けられた複数の電磁石と
を備えた複合型のものがよい。

また、上記リニアモータ機構の可動子に組込ま
れた複数の励磁する方式としては、この可動子励
磁部に対して常時一組だけ電流を流してステツプ
送りする一組励磁方式であつてもよく、また、可
動子励磁部に対して常時二相電流を流してステツ
プ送りする二相励磁方式であつてもよいが、好ま
しくは、高推力を得ることができ、しかも、減衰
振動が少なく且つ広い周波数範囲に対して応答が
可能な二相励磁方式のものが望ましい。

更に、上記各リニアモータ機構の可動子を各摺
動台に取付ける際に使用する可撓性部材として
は、板バネ、重ね板バネ、コイルバネ等の各種の
スプリングを挙げることができるが、動作範囲が
僅かでよく、その取付け作業性を考慮すれば、好
ましくは板バネである。

更にまた、上記可撓性部材を介して各リニアモ
ータ機構の可動子を各摺動台に取付ける方法につ
いても、夫々の摺動台に対して可動子が可撓性部
材の撓み分だけ動くことができるように取付けら
れれば特に制限はないが、好ましくは各摺動台に
開口を形成し、可撓性部材によつてこの開口内に
リニアモータ機構の可動子を上下方向移動可能に
遊嵌する方法で取付けるのがよい。

また、この軌道台と各摺動台との間に介装され
る案内機構についても、特に制限があるものでは
ないが、安定した直線摺動と直線案内を行なうた
めには、多数のボールを有する直線案内ボールベ
アリングや多数のローラを有する直線案内ローラ
ベアリングが好ましい。

また、この発明に係る直線案内装置の使用態様
としては、固定ベツト等の固定部材に一方の摺動
台を固定設置し、他方の摺動台を軌道台と相対的
に移動させるようにしてもよいし、固定部材に上
記軌道台を固定設置し、両摺動台を相対的に移動
させるようにしてもよい。特に前者の場合には、
複数の案内支持機構で上記軌道台を案内支持し、
軌道台の移動時における振動を防止するように設
計することが必要である。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、軌道台と
各摺動台との間に介装されるリニアモータ機構の
各可動子は可撓性部材を介して各摺動台に取付け
られているので、軌道台に対して各摺動台を固定
する際には各リニアモータ機構に作用する電圧を
高くすればよく、各可動子の励磁部が強く励磁さ
れ、夫々の可撓性部材を弾性変形させることによ
り各可動子が夫々対応する固定子に吸着されて固
定され、また、軌道台に対して各摺動台を相対的
に移動させる際には各リニアモータ機構に作用す
る電圧が低くすればよく、各可動子と固定子との
固定状態が解除され、もつて、各摺動台は軌道台
に対して相対的に直線案内されるのである。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発
明を詳細に説明する。

第１図ないし第５図においては、この発明の第
一実施例に係る直線案内装置が示されている。こ
の実施例の直線案内装置は、長手方向に沿つて延
びる軌道台１と、この軌道台１の上面側長手方向
に沿つて案内機構２を介して案内される第一摺動
台３と、上記軌道台１の下面側長手方向に沿つて
案内機構４を介して案内される第二摺動台５と、
上記軌道台１と第一摺動台３との間に介装されて
第一摺動台３を駆動する第一リニアモータ機構６
と、上記軌道台１と第二摺動台５との間に介装さ
れて第二摺動台５を駆動する第二リニアモータ機
構７とからなる。

この実施例において、上記軌道台１は剛性ある
レール部材で一体的に成形されたもので、この軌
道台１には、第１図及び第２図に示すように、そ
の左右両肩部及び両裾部の長手方向に沿つて夫々
ボール転走溝１１（具体的には１１ａ，１１ｂ）
が形成されており、軌道台１の上面及び下面中央
部長手方向に沿つて第一及び第二リニアモータ機
構６，７の構成部材である固定子３０が設けられ
ている。尚、この軌道台１は、必ずしも一本のレ
ール部材で形成する必要はなく、一対のレールと
ボルスターとからなる分割型に形成してもよい。

また、上記第一摺動台３及び第二摺動台５は、
第１図ないし第３図並びに第５図に示すように、
剛性を有する部材で矩形枠状に形成されて中央部
に矩形状の開口１４が形成されているボデイ本体
１３と、このボデイ本体１３の左右両側辺の軌道
台１側面にねじ等の止着具１５で取付けられ且つ
長手方向に沿つて軌道台１のボール転走溝１１に
相対面する負荷ボール溝１７と無負荷ボール１８
とが夫々形成されるベアリングブロツク１６とで
構成されており、軌道台１と各摺動台３，５との
間に介装される案内機構２，４は、上記ベアリン
グブロツク１６と、このベアリングブロツク１６
の両端にねじ等の止着具１９で取付けられて上記
ボール転送溝１１及び負荷ボール溝１７と無負荷
ボール溝１８とを連通連結してボール無限軌道を
構成する方向転換溝２１を備えた一対の側板２０
と、上記軌道台１と各摺動台３，５のベアリング
ブロツク１６との間で荷重を負荷しながら上記ボ
ール無限軌道内を転走する多数のボール２２とか
らなる直線案内ボールベアリングで構成されてい
る。尚、各摺動台３，５を構成するボデイ本体１
３と摺動台３，５及び案内機構２，４を構成する
ベアリングブロツク１６とはこれら両者を一体に
形成してもよいものである。

更に、この実施例においては、第一及び第二リ
ニアモータ機構６，７は夫々固定子３０と可動子
４０とからなるもので、第一リニアモータ６の固
定子３０は軌道台１の上面中央部長手方向に沿つ
て一体的に設けられ、幅方向に延びる多数の歯３
１をピツチP₁毎に配置したものであり、第二リ
ニアモータ７の固定子３０は軌道台１の下面中央
部長手方向に沿つて一体的に設けられ、幅方向に
延びる多数の歯３２をピツチP₂（P₁≠P₂）毎に配
置したものである。また、上記第一摺動台３のボ
デイ本体１３の開口１４上部は可撓性部材として
板バネからなる天板３６で塞がれており、上記第
二摺動台５のボデイ本体１３の開口１４下部は可
撓性部材としての板バネからなる底板３７で塞が
れており、天板３６、底板３７の前後両端部がボ
デイ本体１３前後の辺部にねじ等の止着具３８で
取付けられると共に、天板３６の下面側に第一リ
ニアモータ機構６の可動子４０が固定され、底板
３７の上面側には第二リニアモータ機構７の可動
子４０が固定されている。この実施例において、
上記可動子４０としては、第２図、第３図及び第
５図に示すように、その励磁部４１として永久磁
石４１ａと励磁コア４１ｂとを併用した複合型の
ものが採用されており、この励磁コア４１ｂの先
端下面には夫々の固定子３０の歯３１，３２と所
定のクリアランスを維持して相対峙する複数の誘
導子歯４１ｃが形成されている。そして、各リニ
アモータ機構６，７の励磁方式としては、高推力
を得ることができ、減衰振動が少なく、しかも、
広い周波数範囲に対して応答が可能な二相励磁方
式が採用されており、各リニアモータ機構６，７
の可動子４０は夫々の励磁方向に応じて例えば１
入力パルスに対して1/4P₁，P₂ずつ移動するよう
になつている。

従つて、この第一実施例に係る直線案内装置に
よれば、図示外の固定ベツトに例えば第二摺動台
５を固定設置すれば、第一摺動台３が軌道台１に
沿つて直線案内されると共に、所定位置で拘束保
持される。

今、軌道台１に沿つて第一摺動台３を直線案内
する際には、各リニアモータ機構６，７の固定子
３０と可動子４０との間に発揮される吸引力が天
板３６、底板３７の弾性力を越えないように各可
動子４０の励磁部４１に作用する電圧を低くして
その吸引力を低下させるようにすればよい。この
とき、各可動子４０の誘導子歯４１ｃと固定子３
０の歯３１，３２との間には所定のクリアランス
が確保されることになり、各リニアモータ機構
６，７の可動子４０は固定子３０に対して移動可
能な状態に設定される。この状態において、各リ
ニアモータ機構６，７の各入力パルス毎の励磁方
向を相互に一致されるようにすれば、各入力パル
ス毎に、第二摺動台５に対して軌道台１が1/4P₂
だけ移動すると同時に、第一摺動台３が軌道台１
に対して1/4P₁だけ同一方向に移動することにな
り、第一摺動台３は各入力パルス毎に1/4（P₁＋
P₂）ずつ早送りされることになる一方、各リニ
アモータ機構６，７の各入力パルス毎の励磁方向
を相互に反転させるようにすれば、各入力パルス
毎に、第二摺動台５に対して軌道台が1/4P₂だけ
移動すると同時に、第一摺動台３が軌道台１に対
して1/4P₁だけ軌道台１の移動方向と逆の方向に
移動することになり、上記第一摺動台３は固定ベ
ツトに対しては各入力パルス毎に1/4（P₁−P₂）
だけ差動的に微動することになるのである。

反対に、第一摺動台３を固定ベツト上に拘束保
持する際には、各リニアモータ機構６，７におい
てその固定子３０と可動子４０との間に発揮され
る吸引力が可動子４０を各摺動台３，５に取付け
ている可撓性部材の天板３６、底板３７の弾性力
よりも大きくなるまで上記可動子４０の励磁部４
１に作用する電圧を高くしてその吸引力を高める
ようにすればよい。このとき、上記天板３６、底
板３７が弾性的に撓んで各可動子４０の誘導子歯
４１ｃが固定子３０の歯３１，３２に吸着し、こ
れらの間のクリアランスが零となつて各リニアモ
ータ機構６，７の各可動子４０と固定子３０との
間には夫々最大の保持力が生ずることになり、各
可動子４０は対応する固定子３０に固定される。
それゆえ、軌道台１は第二摺動台５に対して固定
されると共に、第一摺動台３は軌道台１に対して
固定され、第一摺動台３は固定ベツト上において
拘束保持されるのである。

また、この実施例においては、軌道台１と各摺
動台３，５との間の案内機構２，４が直線案内ボ
ールベアリングで構成されているため、案内部が
ボール２２を利用した転がり接触となり、案内部
における摩耗が少なく抑えられるばかりか、軌道
台１と各摺動３，５との直線案内時における間隔
が一定に保たれるので、その分、各リニアモータ
機構６，７の推力が安定したものになる。そして
また、上記案内機構２，４において、ボール転走
溝１１及び負荷ボール溝１７をゴシツクアーチ型
に形成しておけば、夫々の案内機構２，４が単列
であるとしても、各ボールが四点で接触するため
上からの荷重、浮上り荷重は確実に支承される。
このため、軌道台１の厚さ方向において案内機構
を別異に設ける必要がなくなり、その分、装置自
体が厚さ方向に大型化する事態は有効に回避され
る。

更に、この実施例においては、各リニアモータ
機構６，７の構成部材である可動子４０は、各摺
動台３，５におけるボデイ本体１３の開口１４部
分に格納配置される構造になつているので、装置
自体が薄型コンパクトなものになるばかりか、各
摺動台３，５の軽量化を図ることができる。

次に、第６図ないし第９図に示す第二実施例に
ついて説明する。

この実施例に係る直線案内装置の基本的構成は
第一実施例と略同様であるが、軌道台１と各摺動
台３，５との間に介装される案内機構２，４は、
第一実施例と異なり、直線案内ローラベアリング
で構成されている。この実施例において用いられ
る直線案内ローラベアリングは、相対向する壁面
にＶ字状のガイド溝５１ａ，５２ａが刻設された
一対のガイドレール５１，５２と、このガイドレ
ール５１，５２間に介装されるローラケージ５３
とからなるもので、上記ローラケージ５３として
は、長尺なりリテーナ５４の長手方向に多数の保
持孔５５を開設し、各保持孔５５には多数のロー
ラ５６を交互に直交させて回転可能に傾斜保持す
ると共に、各ローラ５６の端面及び周面を上記Ｖ
字状のガイド溝５１ａ，５２ａに摺接させるよう
にしたものが用いられている。尚、各ガイドレー
ル５１，５２は螺子等の止着具５７，５８を介し
て軌道台１と各摺動台３，５とに夫々取付けられ
ている。

従つて、この実施例に係る直線案内装置によつ
ても、第一実施例と同様な作用、効果を奏するば
かりか、案内機構２，４として直線案内ボールベ
アリングを用いた場合に比べて、ボールの無限軌
道を構成する必要がなくなる分、案内機構２，４
の構造を簡略化することができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明に係る直線案
内装置によれば、軌道台の両側に夫々摺動台を案
内機構を介して配設し、送り機構として一対のリ
ニアモータ機構を用いることにより、一方の摺動
台を他方の摺動台に対して差動送りするようにし
たので、送り機構を別途設けることなく、微動及
び早送り動作を高精度に行なわせることができる
という基本的効果を奏するほか、各リニアモータ
機構に作用させる電圧を変化させるという簡単な
操作によつて、軌道台に対して各摺動台を固定若
しくは固定解除することができるので、軌道台に
対して各摺動台を固定するためのクランプ装置等
を別途に設ける必要がなくなり、その分、クラン
プ装置等の設置スペースが不要になり、装置自体
をコンパクトにすることができると共に装置コス
トを安くすることができ、更に、摺動台の停止動
作精度についても、クランプ装置等の固定手段の
動作精度に影響されることなく、高精度なものに
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直線案内装置の第一実施
例を示す斜視説明図、第２図及び第３図は第１図
中−線及び−線断面図、第４図は第２図
中−線断面図、第５図は実施例に係る摺動台
及びリニアモータ機構の可動子を示す分解斜視
図、第６図及び第７図は本発明に係る直線案内装
置の第二実施例を示す第２図及び第３図に相当す
る説明図、第８図及び第９図は第６図中部及び
第７図中部拡大説明図である。 符号の説明、１……軌道台、２……案内機構、
３……第一摺動台、４……案内機構、５……第二
摺動台、６……第一リニアモータ機構、７……第
二リニアモータ機構、３０……固定子、４０……
可動子、３６……天板（可撓性部材）３７……底
板（可撓性部材）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長手方向に沿つて延びる軌道台と、この軌道
   台の一方面側長手方向に沿つて案内機構を介して
   案内される第一摺動台と、上記軌道台の他方面側
   長手方向に沿つて案内機構を介して案内される第
   二摺動台と、上記軌道台の第一摺動台側にその長
   手方向沿つて設けられた幅方向に延びる多数の歯
   を有する第一固定子及び第一摺動台側に上記第一
   固定子との間に所定のクリアランスを維持して取
   付けられた複数の励磁部を有する第一可動子で構
   成されて上記第一摺動台を駆動する第一リニアモ
   ータ機構と、上記軌道台の第二摺動台側にその長
   手方向に沿つて設けられた幅方向に延びる多数の
   歯を有する第二固定子及び第二摺動台側に上記第
   二固定子との間に所定のクリアランスを維持して
   取付けられた複数の励磁部を有する第二可動子で
   構成されて上記第二摺動台を駆動する第二リニア
   モータ機構とからなり、上記各リニアモータ機構
   の可動子を可撓性部材を介して各摺動台に取付け
   たことを特徴とする直線案内装置。 ２ 案内機構が多数のボールを有する直線案内ボ
   ールベアリングであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の直線案内装置。 ３ 案内機構が多数のローラを有する直線案内ロ
   ーラベアリングであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の直線案内装置。 ４ 各摺動台は各リニアモータ機構の可動子が格
   納配置される開口部分を備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の直線案内装置。