JPH0567372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は駆動部にリニアモータを使用した微動
および早送り可能なテーブルに関する。 （従来の技術） 本発明者は、既に特願昭58−198803号明細書に
おいて、固定ベツド上に設けた軌道台にリニアベ
アリングを介して移動テーブルを移動可能に支持
し、前記固定ベツドに回転方向に可動で且つ軸方
向に固定させてボールねじ軸を軸支し、そのボー
ルねじ軸に鋼球を介してボールナツトを回転方向
および軸方向に可動に螺合するとともに該ボール
ナツトを前記移動テーブルに連結し、また前記固
定ベツドに前記ボールねじ軸に近接してボールス
プライン軸を回転可能に軸支し、そのボールスプ
ライン軸に、外筒を軸方向に可動に且つ該ボール
スプライン軸とともに回転しうるように鋼球を介
してスプライン嵌合し、該外筒を前記ボールナツ
トに連動機構を介して連動させ、さらに前記ボー
ルねじ軸とボールスプライン軸に２個の回転モー
タをそれぞれ駆動連結し、２個の回転モータの回
転方向を適当に選択することによつて移動テーブ
ルの送りを微小送りから早送りまで段階的に変更
制御できるようにしたものを提案した。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記先願の発明では、ボールねじ
やボールスプラインを使用するため、回転トルク
によりねじ軸やスプライン軸にねじれが生じた
り、ねじ軸とナツトの間あるいはスプライン軸と
外筒間に多少のバツクラツシユが発生するのは避
けられず、このため移動テーブルの応答性が悪
く、位置決め精度を大幅に高めることは困難であ
つた。 また、ボールねじやボールスプラインが移動テ
ーブルに取付けられているため、移動テーブルの
重量増を招いて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。 さらに回転モータ、ボールねじおよびボールス
プラインの取付スペースが必要になりテーブル全
体の大きさが大きくなるという問題もあつた。 そこで本発明は上記従来の問題点に着目してな
されたもので、その目的とするところは、ボール
ねじやボールスプラインを省略することにより、
テーブル本体等の移動部の軽量化を図つて、始動
時および停止時の応答性を向上させ、これにより
テーブル本体の位置決め精度を著しく向上し得、
しかも高剛性でテーブル本体に作用する左右不均
一な荷重や衝撃に対して強く、コンパクトな微動
および早送り可能なリニアモータ付テーブルを提
供することにある。 （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の微動お
よび早送り可能なリニアモータ付テーブルは、第
１の基台上面に長手方向全長にわたつて延びる凹
部を設け、該凹部内に該凹部の互いに平行に延び
る対向壁に第１のリニアベアリングを固定し、該
第１のリニアベアリングを介して第２の基台を相
対移動可能に支承し、この第２の基台には第１の
リニアベアリングの転動体が転動自在に接触する
転動体転走溝を形成し、 一方、第２の基台上面に該第２の基台の移動方
向に全長にわたつて延びる凹部を設け、該凹部内
に該凹部の互いに平行に延びる対向壁に第２のリ
ニアベアリングを固定し、該第２のリニアベアリ
ングを介してテーブル本体を第２の基台の同一方
向に相対移動可能に支承し、テーブル本体には第
２のリニアベアリングの転動体が転動自在に接触
する転動体転走溝を形成し、 前記第１の基台と第２の基台および第２の基台
とテーブル本体との間にそれぞれリニアモータを
介在させ、前記第２の基台の下面に第一固定子を
長手方向に沿つて配設するとともに、前記第１の
基台の上面に該第一固定子と対応する第一可動子
を配設し、前記第２の基台上面に第二固定子を長
手方向に沿つて配設するとともに、前記テーブル
本体の下面に該第二固定子と対応する第二可動子
を配設し、前記第一固定子の磁極歯のピツチと前
記第二固定子の磁極歯のピツチとを異ならしめる
ようにしたことを特徴とする。 （実施例） 以下に、本発明に係る微動および早送り可能な
リニアモータ付テーブルの実施例について説明す
る。 第１図乃至第１８図には本発明の第一実施例が
示されている。この一実施例によるリニアモータ
付テーブルの全体構成を示す第１図乃至第３図に
おいて、１はベツド等の固定物（図示せず）に固
定される第１の基台で、この第１の基台１上面に
は長手方向全長にわたつて延びる凹部１′が形成
されている。この凹部１′内の互いに平行に延び
る対向壁には左右２対のリニアベアリング２，
２；２，２が固定され、このリニアベアリング
２，２；２，２を介して第２の基台３が第１の基
台１に対して相対移動可能に支承されている。さ
らに第２の基台３上面にはその移動方向に全長に
わたつて延びる凹部３′が形成され、この凹部
３′内には凹部３′の互いに平行に延びる対向壁に
固定された左右２対のリニアベアリング５，５；
５，５を介してテーブル本体４が上記第２の基台
３と同一方向に相対移動可能に支承されている。 第１の基台１は第４図乃至第６図に示すよう
に、横断面略コ字状を呈し、その両側部内側の凹
部１′の対向壁にボルト等の固着具６，６により
リニアベアリング２，２がそれぞれ固着されてい
る。また第２の基台３は、第１０図乃至第１２図
に示すように、その上面の両側部が上方に突出す
る横断面略コ字状で、その下面には下方に向つて
突出する突出部７が形成されている。突出部７は
第２の基台３の全長にわたつて延びており、突出
部７両側部には上記リニアベアリング２の負荷ボ
ール１５を案内する２条の負荷ボール転走溝８，
８がそれぞれ形成されている。この第２の基台３
の幅は基台１の幅と同一に形成されている。また
第２の基台３の上面の両側部内側の凹部３′の対
向壁に、テーブル本体４を支承するリニアベアリ
ング５，５…がボルト等の固着具６，６により固
着されている。第２の基台３に支承されるテーブ
ル本体４は、第７図乃至第９図に示すように、そ
の両側部にはリニアベアリング５，５…の負荷ボ
ール１５，…を案内する２条の負荷ボール転走溝
９，９が形成されている。上記した第２の基台３
の突出部７の幅とテーブル本体４の幅とは同一の
大きさに形成されている。 上記したように、第２の基台３の突出部７はそ
の両側部を第１の基台１に取付けられたリニアベ
アリング２，２；２，２により両端支持され、さ
らにテーブル本体４はその両側端を第２の基台３
に取付けられたリニアベアリング５，５；５，５
によつて両端支持されており、各テーブル本体４
および第２の基台３の取付構造は剛性の高い構造
となつている。 各リニアベアリング２，５は第１４図乃至１６
図に示すように、片側に２条のボール転走溝１
０，１０が設けられかつ内部にボール逃げ穴１
１，１１が設けられたベアリングブロツク１２
と、２条の負荷ボール列を保持する保持器１３
と、ボール転走溝１０，１０とボール逃げ穴１
１，１１とを連通する一対の側蓋１４，１４とか
ら構成されており、負荷ボール１５，１５…はボ
ール転走溝１０，１０およびボール逃げ穴１１，
１１間を循環するようになつている。このボール
転走溝１０，１０と負荷ボール１５，１５…との
接触角αはほぼ45度となつているが、45度に限定
されるものではなく30〜60度の範囲であればよ
い。また第２図に示すように、第１の基台１と第
２の基台３との間のリニアベアリング２，２…と
第２の基台３の突出部７両側面との隙間は予圧調
整手段として隙間調整ボルト１６，１６…によつ
て調整されている。すなわち隙間調整ボルト１
６，１６…を締め込むことによつてリニアベアリ
ング２は第２の基台３の突出部７の側面を押圧す
ると共に、隙間調整ボルト１６，１６…の押圧力
の反力が第２の基台３を介して反対側のリニアベ
アリング２に作用して、それらを第２の基台３の
突出部７側に押圧して負荷ボール１５，１５…に
予圧をかけている。さらにリニアベアリング５，
５…とテーブル本体４との隙間も予圧調整手段と
して隙間調整ボルト１６，１６…により調整され
負荷ボールに予圧がかけられている。 一方、第１の基台１と第２の基台３との間、お
よび第２の基台３とテーブル本体４との間にはそ
れぞれ第１、第２リニアモータ２０，２１が介在
されている。各リニアモータ２０，２１は本実施
例においてはリニアパルスモータで、固定子２２
と可動子２３との組合せにより構成されており、
パルス発生源（図示せず）から可動子２３にパル
スを入力することにより作動するようになつてい
る。 まず第１７図ａおよび第１７図ｂを参照して第
１リニアモータ２０の構成について説明すると、
第２の基台３の下面には、磁性体よりなる平板状
の固定子２２が長手方向に配設されており、一方
第１の基台１の上面には固定子２２に対面させ
て、可動子２３が取付けられている。各可動子２
３は永久磁石２４を中心に介在させてその左右に
２つの磁気コア２５，２６を対向配置して構成さ
れており、一方の磁気コア２５には永久磁石２４
によりＮ極に磁化された第１の磁極２７および第
２の磁極２８が形成され、他方の磁気コア２６に
は永久磁石２４によりＳ極に磁化された第３の磁
極２９および第４の磁極３０が形成されている。 固定子２２には、第１７図ａに示すように長手
方向と略直交する方向に延びる断面コ字形状の固
定歯２２ａが長手方向に略全長にわたつて、同一
ピツチP₁で等間隔に設けられている。各磁極２
７〜３０にも固定子２２と同一のピツチの磁極歯
２７ａ〜３０ａがそれぞれ形成されている。 Ｎ極側の第１の磁極２７および第２の磁極２８
には、第１のコイル３１および第２のコイル３２
が巻かれており、電流が流れた際に互いに逆向き
の磁束が発生するように直列に結線されており、
パルス発生源（図示せず）に電気的に接続されて
いる。一方Ｓ極側の第３の磁極２９および第４の
磁極３０にも、同様に直列に結線された第３のコ
イル３３および第４のコイル３４が巻かれてお
り、パルス発生源（図示せず）に接続されてい
る。ここで、説明の都合上、例えば第１の磁極２
７の磁極歯２７ａに対して第２の磁極２８の磁極
歯２８ａは位相が1/2ピツチ（1/2P₁）だけずれ
ており、また第３の磁極２９の磁極歯２９ａに対
して第４の磁極３０の磁極歯３０ａも同様に位相
が1/2ピツチ（1/2P₁）だけずれているものとし、
さらにＮ極側の第１の磁極２７および第２の磁極
２８の磁極歯２７ａ，２８ａに対してＳ極側の第
３の磁極２９および第４の磁極３０の磁極歯２９
ａ，３０ａは1/4ピツチ（1/4P₁）だけ位相がず
れているものとする。 まず本実施例のリニアパルスモータの動作原理
について説明する。第１８図ａ〜ｄは、リニアパ
ルスモータの動作原理を示す概略図を示してお
り、第１のコイル３１と第２のコイル３２には端
子ａから、第３のコイル３３と第４のコイル３４
には端子ｂからパルスが入力されるようになつて
いる。第１８図ａでは、端子ａに第１の磁極２７
を励磁する方向に（モード）、第１８図ｂでは
端子ｂに第４の磁極３０を励磁する方向に（モー
ド）、第１８図ｃでは端子ａに第２の磁極２８
を励磁する方向に（モード）、第１８図ｄでは
端子ｂに第３の磁極２９を励磁する方向に（モー
ド）、それぞれパルスが入力された状態を示し
ている。 ここで第１表にモードないしの場合の各磁
極の磁気力発生状態を示す。

【表】

【表】 第１表に示すようにモードの場合にはＮ極側
の第１の磁極２７の磁力が強力で、第１の磁極２
７と固定子２２の固定歯２２ａとの間の吸引力に
より可動子２３は保持され安定状態にある。一方
Ｓ極側の第３および第４の磁極２９，３０はそれ
ぞれ固定子２２の固定歯２２ａに対して1/4ピツ
チだけ位相がずれている。モードでは第１の磁
極２７のコイル３１による磁力はなくなり、代つ
てＳ極側の第４の磁極３０の磁力が強力になつ
て、可動子２３は第４の磁極３０が固定子２２の
固定歯２２ａと位相が合致する方向に相対的に移
動して1/4ピツチ（1/4P₁）だけ進むことになる。
このときＮ極側の第１および第２の磁極２７，２
８が1/4ピツチ（1/4P₁）だけ位相がずれる。 さらにモードではＮ極側の第２の磁極２８の
磁力が強力になり、第２の磁極２８が固定子２２
の固定歯２２ａと位相が合致する方向に可動子２
３は相対的に移動して1/4ピツチ（1/4P₁）進み、
Ｓ極側の第３および第４の磁極２９，３０は1/4
ピツチ（1/4P₁）だけ位相がずれる。モードで
はＳ極側の第３の磁極２９の磁力が強力となり第
３の磁極２９が固定子２２の固定歯２２ａと位相
が合致する方向に可動子２３は相対的に移動して
１／４ピツチ（1/4P₁）進む。さらに再びモード
に戻つてＮ極側の第１の磁極２７の磁力が強力と
なつて可動子２３は1/4ピツチ（1/4P₁）だけ相
対的に進み第１８図ａの状態となる。このように
モードからの繰り返しによつて１パルス当り
１／４ピツチ（1/4P₁）ずつ移動するようになつて
いる。 一方第２の基台３とテーブル本体４との間に配
設された第２リニアモータ２１も、第１図乃至第
３図および第７図乃至第１２図に示すように、第
２の基台３の上面側に長手方向に配設された固定
子４０と、テーブル本体４の下面側に配設された
可動子４１とからなり、可動子４１には前記した
可動子２３と同様に永久磁石４１ａによつて磁化
されたＮ極側の第１の磁極４２および第２の磁極
４３と、Ｓ極側の第３の磁極４４および第４の磁
極４５が形成されており、それぞれの磁極に第１
のコイル４６、第２のコイル４７、第３のコイル
４８および第４のコイル４９が巻かれている。さ
らにこの第１のコイル４６、第２のコイル４７、
第３のコイル４８および第４のコイル４９はパル
ス発生源（図示せず）に電気的に接続されてお
り、パルス発生源からのパルスによりテーブル本
体４を第２の基台３に対して第１の基台１の長手
方向に駆動するようになつている。 第１３図に示すように、第２の基台３の上、下
面に配設された固定子４０，２２は、上記の固定
子４０の磁極歯４０ａのピツチP₂と下側の固定
子２２の磁極歯２２ａのピツチP₁とが異なつて
いる。また、説明の都合上、第２リニアモータ２
１でも、例えば第１の磁極４２に対して第２の磁
極４３は磁極歯の位相が1/2ピツチ（1/2P₂）だ
けずれており、第３の磁極４４に対して第４の磁
極４５も同様に磁極歯の位相が1/2ピツチ（1/2
P₂）だけずれているものとし、さらにＮ極側の
第１の磁極４２および第２の磁極４３の磁極歯に
対してＳ極側の第３の磁極４４および第４の磁極
４５の磁極歯は1/4ピツチ（1/4P₂）だけ位相が
ずれているものとする。従つて、この場合、第１
リニアモータ２０と同様に、可動子４１は固定子
４０に対して１パルス当り1/4ピツチ（1/4P₂）
ずつ移動する。 つぎに、本実施例のリニアモータ付テーブルの
作用について説明する。まずテーブル本体４を第
１の基台１に対して早送りする場合には、第１リ
ニアモータ２０（第１の基台１側）の可動子２３
にパルス発生源（図示せず）よりパルスを入力す
ると、該可動子２３は第２の基台３の下側の固定
子２２に対して１パルスにつき1/4ピツチ（1/4
P₁）ずつ相対移動し、従つて第２の基台３とと
もにテーブル本体４は基台１の長手方向に１パル
ス当り1/4ピツチ（1/4P₁）ずつ移送され、一方
第２リニアモータ２１（テーブル本体４側）の可
動子４１にパルス発生源（図示せず）より逆極性
のパルスを入力すると、該可動子４１は第２の基
台３の上側の固定子４０に対して１パルスにつき
１／４ピツチ（1/4P₂）ずつ第１リニアモータ２０
の移動方向と同方向に相対移動し、従つてテーブ
ル本体４は第２の基台３に対して第１リニアモー
タ２０による移動方向と同方向に相対的に移動さ
れる。この結果、テーブル本体４は基台１に対し
て１パルスにつき距離（1/4P₁＋1/4P₂）だけ移
動、すなわち早送りされる。 つぎに微動送りする場合には、第１リニアモー
タ２０の可動子２３および第２リニアモータ２１
の可動子４１に同一極性のパルスを入力すると、
第１リニアモータ２０によりテーブル本体４は第
２の基台３とともに基台１の長手方向に１パルス
当り1/4ピツチ（1/4P₁）ずつ移送され一方第２
リニアモータ２１によりテーブル本体４は第２の
基台３に対して第１リニアモータ２０による移動
方向と逆方向に１パルス当り1/4ピツチ（1/4P₂）
ずつ移動されるので、結局該テーブル本体４は基
台１に対して距離（1/4P₁−1/4P₂）だけ移動、
すなわち微動送りされる。 なおテーブル本体４の移送速度は、パルスの周
波数を高くすると速くなり、低くすることにより
遅くなる。また入力するパルスの数により移送距
離が調整される。 さらにテーブル本体４に負荷がかかつた場合で
も、リニアベアリング２，２…；５，５…には予
圧がかけられているので、テーブル本体４と第２
の基台３並びに第２の基台３と第１の基台１との
間にガタつきが生じることはなく、さらにボール
転走溝１０と負荷ボール１５との接触角を45度付
近にとつているので、上下左右の四方向からの荷
重を均一に支承することができ、リニアモータの
可動子と固定子との隙間寸法は一定に保たれ、常
に推力および停止保持力は一定に保持される。ま
た転がり軸受であるリニアベアリング２，２…；
５，５…を使用しているので摩耗が少ないため、
テーブル本体４に負荷がかかつた場合でも可動子
と固定子が干渉するおそれは無く、したがつて可
動子と固定子との隙間を狭くして大きな推力およ
び停止保持力を得ることができる。 さらにテーブル本体４はその両側端がリニアベ
アリング２，２…；５，５…により両端支持され
ているので、剛性は高くなつており、テーブル本
体４上面に左右不均一の荷重や衝撃が加えられた
場合でもテーブル本体４上面に取付けられた装置
は安定して移送される。またリニアベアリング
２，２…；５，５…を第２の基台３および第１の
基台１側に取付けたので移送されるテーブル本体
４および第２の基台３はリニアベアリング２，２
…；５，５…の分だけ軽量化され慣性は小さくな
るので始動および停止の応答性が速い。 なお本実施例のリニアパルスモータにおいて
は、１パルス当り固定歯の1/4ピツチずつ移動す
るようになつているが、１パルス当り一定量だけ
移動するモータであればよく、また、リニアパル
スモータに限るものではなくリニア直流モータ、
リニア同期モータ等他の方式のものでもよい。 （発明の効果） 本発明は以上の構成および作用から成るもの
で、第１の基台上に第２の基台を第１のリニアベ
アリングを介して支承し、さらに第２の基台上に
第２のリニアベアリングを介してテーブル本体を
支承したので、テーブル本体及び第２の基台は軽
快に移動すると共に、リニアモータを使用するこ
とによつてボールねじ等を使用する必要がなくな
つて軽量化を図ることができる。 特に、リニアベアリングを第１の基台および第
２の基台側に取り付けているので、その分だけテ
ーブル本体および第２の基台は軽量化されてお
り、移動する第２の基台およびテーブル本体の慣
性力は小さくなつて始動時および停止時の応答性
を向上させることができ、位置決め精度が向上す
る。 さらに、本発明にあつては、テーブル本体の両
側端をリニアベアリングにより第２の基台に対し
て両端支持し、しかもテーブル本体自体にリニア
ベアリングの転動体が転動自在に接触する転動体
転走溝を形成した高剛性の支承構造をとり、さら
に第２の基台についても第１の基台に対してリニ
アベアリングにより両端支持し、しかも第２の基
台自体にリニアベアリングの転動体が転動自在に
接触する転動体転走溝を形成してテーブル本体と
同様の高剛性の支承構造をとつている。このよう
に第２の基台に対するテーブル本体の高剛性の支
承構造と第１の基台に対する第２の基台の高剛性
の支承構造を独立して構成し、このような高剛性
の支承構造を積み重ねているので、全体として高
剛性の支承構造をとることができる。したがつ
て、テーブル本体上面に左右不均一の荷重が加え
られたり衝撃が加わつた場合にもテーブル本体は
安定して移送することができる。 さらに従来のようにボールねじ等のねじ軸のね
じれやねじ軸とナツトとのバツクラツシユが無い
ので、位置決め精度が向上する。 また第１の基台と第２の基台間に配設されたリ
ニアモータの固定子の磁極歯のピツチと第２の基
台とテーブル本体間に配設されたリニアモータの
固定子の磁極歯のピツチとを異ならせたので、ピ
ツチ差を適当な大きさに設定することによつて第
１の基台に対する第２の基台の移動量と第２の基
台に対するテーブル本体の移動量の差あるいは和
によつてテーブル本体を第１の基台に対して極め
て微小な送りと早送りが可能となつて高精度の位
置決めを行うことができる。 さらに回転モータ、ねじ軸およびスプライン軸
等の配置スペースが不要となるので薄型コンパク
トで汎用性の高い移送用のテーブルが得られるば
かりでなく、部品点数を削減できるので、組立精
度が向上し、さらに構造が単純化されるので故障
の発生を極力防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るリニアモータ付テーブルの
実施例を表わすもので、第１図乃至第１８図は本
発明の一実施例を示し、第１図はその正面断面
図、第２図は第１図の装置の平面図、第３図は第
２図−線断面図、第４図は基台の平面図、第
５図は第４図−線断面図、第６図は第４図
−線断面図、第７図はテーブル本体の底面図、
第８図はテーブル本体の側面図、第９図は第７図
−線断面図、第１０図は第２の基台の平面
図、第１１図は第２の基台の側面図、第１２図は
第１０図XII−XII線断面図、第１３図は第１２図
−線断面図、第１４図はリニアベアリング
の正面図、第１５図はリニアベアリングの一部を
破断した平面図、第１６図は第１５図−
線断面図、第１７図ａは第１リニアモータの拡大
側断面、第１７図ｂは第１７図ａのＢ−Ｂ線断面
図、第１８図ａ乃至ｄは第１リニアモータの作動
原理を示す部分側面図である。 符号の説明、１……第１の基台、１′，３′……
凹部、２……リニアベアリング、３……第２の基
台、４……テーブル本体、５……リニアベアリン
グ、２０，２１……リニアモータ、２２……第１
固定子、２３……第１可動子、４０……第２固定
子、４１……第２可動子、P₁……第１固定子の
磁極歯のピツチ、P₂……第２固定子の磁極歯の
ピツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の基台上面に長手方向全長にわたつて延
   びる凹部を設け、該凹部内に該凹部の互いに平行
   に延びる対向壁に第１のリニアベアリングを固定
   し、該第１のリニアベアリングを介して第２の基
   台を相対移動可能に支承し、この第２の基台には
   第１のリニアベアリングの転動体が転動自在に接
   触する転動体転走溝を形成し、 一方、第２の基台上面に該第２の基台の移動方
   向に全長にわたつて延びる凹部を設け、該凹部内
   に該凹部の互いに平行に延びる対向壁に第２のリ
   ニアベアリングを固定し、該第２のリニアベアリ
   ングを介してテーブル本体を第２の基台の同一方
   向に相対移動可能に支承し、テーブル本体には第
   ２のリニアベアリングの転動体が転動自在に接触
   する転動体転走溝を形成し、 前記第１の基台と第２の基台および第２の基台
   とテーブル本体との間にそれぞれリニアモータを
   介在させ、前記第２の基台の下面に第一固定子を
   長手方向に沿つて配設するとともに、前記第１の
   基台の上面に該第一固定子と対応する第一可動子
   を配設し、前記第２の基台上面に第二固定子を長
   手方向に沿つて配設するとともに、前記テーブル
   本体の下面に該第二固定子と対応する第二可動子
   を配設し、前記第一固定子の磁極歯のピツチと前
   記第二固定子の磁極歯のピツチとを異ならしめる
   ようにしたことを特徴とする微動および早送り可
   能なリニアモータ付テーブル。