JPS6360636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相対移動自在な基準軸と電磁石固定体
を磁気吸引力によつて非接触状態に保つ磁気浮上
案内機構に関する。

従来から工作機械や情報通信装置の記憶装置、
例えば磁気デイスク装置、光デイスク装置におい
ては、正確な位置決めを行なう案内機構が用いら
れている。この案内機構としてはその性能を低下
させる摩擦力を可能な限り小さくする必要があ
り、そのため油圧や空気圧によつて可動体を金属
接触無しに支える構造の軸受を用いたものが実用
化されている。

しかし、斯かる案内機構の軸受はコンプレツサ
ーや配管系の保守作業が重要であり、信頼性を左
右する大きな要因となつている。また、この種の
案内機構は高精度な位置決めを必要とする集積回
路の加工装置にも使用されるが、かかる加工装置
においては塵埃を極度に嫌うため、潤滑媒体の使
用には細心の注意を払う必要があり、しかも真空
中での加工作業のため空気軸受を用いた案内機構
の使用が不可能な場合も生じる。

そこで、最近ではこのような不都合を解決する
手段として第１図に示す磁気浮上案内機構が提案
されている。すなわち、１は可動体、２は案内
で、可動体１はその上下面に、磁極面を斜線で示
す、例えば４個の電磁石３〜６がそれぞれ配設さ
れ、両側面に同じく磁極面を斜線で示す例えば２
個の電磁石７，８がそれぞれ配設されることによ
り合計12個の電磁石を備えている。この場合、上
面と下面および左側面と右側面の電磁石同士は対
称な位置に配設され、かつ個々の電磁石３，４，
５…は案内２との隙間を検出する検出器９（但し
図においては電磁石３に対してのみ示す）を備え
ている。各電磁石３，４，５…のコイル電流は付
随する検出器９からの信号によつて制御され、こ
の時の磁気吸引力により可動体１を案内２に対し
て非接触状態で支持し、案内２との隙間を一定に
保つ。そして、可動体１はリニアモータ（図示せ
ず）等の手段による駆動力によつて移動軸１０の
方向に動かされる。

このような磁気浮上案内機構によれば可動体１
を案内２に対して非接触に支持することができ、
前述した潤滑媒体を使用する案内機構の欠点を除
くことができ、また可動体１の上下面、すなわち
重力方向の面に夫々４個の電磁石を対称に配置
し、軸受剛性を大きくしているので、電磁石の吸
引力によつて非接触に拘束されている方向に外乱
が作用しても案内２との隙間の変動を小さく抑え
ることが可能となる。

しかし、このような磁気浮上案内機構は電磁石
３，４，５…の数が多く、かつ基準となる案内面
が上下、左右の４面で、それぞれを別々に精度高
く仕上げる必要があるため、コストアツプの原因
となり、未だ改良の余地であつた。

そこで、本発明は一方向の直進を行なわせ、残
り５自由度を磁気力によつて非接触に拘束するた
めの直進案内を最少の磁石個数である６個で実現
することにより、構造簡易にして安価に製作で
き、また可動体を確実に非接触支持し、安定に案
内し得るようにした磁気浮上案内機構を提供すべ
くなされたもので、その特徴とするところは、平
行に配設された一対の基準軸と、両側合わせて合
計６個の分岐部を有し、前記一方の基準軸の側に
最少２個、最大４個の分岐部が設けられ、これら
分岐部が一方の基準軸を挾んでその両側から対向
し、他方の側に残り個数の分岐部が設けられ、こ
れら分岐部が他方の基準軸を挾んでその両側から
対向するように、前記一対の基準軸間にこれら両
基準軸の軸線方向に相対移動自在に配設された電
磁石固定体と、この電磁石固定体の各先端部に、
当該先端部に対応する基準軸に対して対向するよ
うそれぞれ配設された６個の電磁石と、各基準軸
に対してその側方より対向するように前記電磁石
固定体の両側にそれぞれが互いに独立した向きを
なすように振分けて配設され、該電磁石固定体と
各基準軸との隙間を検出する合計５個の変位検出
器とを備え、各基準軸を挾んでその両側に配置さ
れる電磁石は、その磁気吸引力の方向を、前記一
対の基準軸の軸線方向からみた場合、互いに交差
し、対応する基準軸を互いに引き合うよう該基準
軸に作用し、前記電磁石のコイル電流を前記変位
検出器の信号によつて制御することにより一対の
基準軸と電磁石固定体を非接触状態に保つように
したものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第２図は本発明に係る磁気浮上案内機構の第１
実施例を示す斜視図、第３図は同機構の正面図、
第４図は同機構の右側面図である。これらの図に
おいて、２０，２１は断面形状が同一で、それぞ
れ二等辺三角形もしくは正三角形に形成された一
対の基準軸で、これらの基準軸２０，２１は上下
方向に一定の間隙をおいて平行に配設され固定体
を構成している。上方の基準軸２０は下方の基準
軸２１と対向するように上下逆に配置されてい
る。

一対の基準軸２０，２１の間には可動体を構成
する電磁石固定体２２が後述する電磁石の磁気吸
引力によつて基準軸２０，２１と非接触状態を保
つて配設されている。この電磁石固定体２２は、
３個の電磁石部材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、こ
れら電磁石部材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを一体的
に結合する左右一対の結合部材２５Ａ，２５Ｂと
を備え、各電磁石部材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは
それぞれ略Ｖ字形に形成された継鉄１２４ａ，１
２４ｂ，１２４ｃと、これら継鉄１２４ａ，１２
４ｂ，１２４ｃの両端コ字部に励磁コイル２６ａ
〜３１ａを巻回して形成される一対の電磁石２６
と２７，２８と２９，３０と３１とでそれぞれ構
成されている。そして、各電磁石部材２４Ａ，２
４Ｂ，２４Ｃは継鉄１２４ａ，１２４ｂ，１２４
ｃの屈曲部において電磁石固定体２２の移動方
向、すなわち基準軸２０，２１の軸線方向（Ｚ方
向）に重ねられ、かつ前後２つの電磁石部材２４
Ａ，２４Ｃが上方の基準軸２０，２１を下方から
挾む如く継鉄１２４ａ，１２４ｃの屈曲部を下に
して配置され、中央の電磁石部材２４Ｂが下方の
基準軸２１を上方から挾む如く継鉄１２４ｂの屈
曲部を上にして配置される。なお、第２図および
第４図は構成を分り易くするため、結合部材２５
Ａ，２５Ｂを省略して示している。

電磁石部材２４Ａ，２４Ｃに設けられた一対の
電磁石２６と２７および２８と２９は、その磁極
面が基準軸２０の各斜面と対向し、電磁石部材２
４Ｂに設けられた一対の電磁石３０および３１
は、その磁極面が基準軸２１の各斜面と対向して
いる。このため、基準軸２０，２１の前方から見
て左右にそれぞれ３個の電磁石２７，２９，３１
および２６，２８，３０が配置され、対をなす左
右の電磁石２６と２７，２８と２９および３０と
３１同士の磁気吸引力の方向３７，３８は第３図
に示すように一定の角度で交差している。

前記電磁石固定体２２には前述した６個の電磁
石２６〜３１に加えて５個の変位検出器３２〜３
６がこれら電磁石２６〜３１の配置とほぼ対称的
に配設されている。これら５個の変位検出器３２
〜３６はそれぞれ円柱状に形成され、その一つの
変位検出器３２が電磁石２６と２８の間の空間に
配置され、残り４つの変位検出器３３〜３６が電
磁石３０と３１の両側に配設されている。各電磁
石２６〜３１の励磁コイル２６ａ〜３１ａに供給
されるコイル電流は制御装置（図示せず）により
前記変位検出器３２〜３６の信号によつて制御さ
れ、これによつて電磁石２６〜３１と基準軸２
０，２１との間の隙間３９を一定に保ち、電磁石
固定体２２を基準軸２０，２１に対して非接触に
支持している。

すなわち、本発明においては第２図に示すよう
に電磁石固定体２２の移動方向（Ｚ方向）を除く
ｘ、ｙの２方向の移動と、θ、φ、Ψの３方向の
回転の自由度を非接触状態で安定に拘束する機能
を最少６個の電磁石２６〜３１で実現したもので
ある。しかも、本発明の磁気浮上案内機構は重力
方向について上下両方向に磁気吸引力を作用させ
ているので、電磁石固定体２２を重力に無関係に
非接触状態で支持し得、したがつて１ｇ以上の加
速度が外力によつて作用しても、非接触支持機能
が何ら損われることはない。

第５図〜第８図は本発明の第２実施例を示すも
ので、第５図は斜視図、第６図は正面図、第７図
は左側面図、第８図は右側面図である。本実施例
においては前後２個の電磁石部材２４Ａ，２４Ｃ
を基準軸２０，２１の右側に、中央の電磁石部材
２４Ｂを基準軸２０，２１の左側に位置させて重
ね合せたものである。そのため、本実施例では４
個の電磁石２６，２７，２９，３０と１個の変位
検出器３２が基準軸２０，２１の右側に配置さ
れ、残り２個の電磁石２８，３１と４個の変位検
出器３３〜３６が基準軸２０，２１の左側に配設
されている。なお、基準軸２０を挾んで対向する
電磁石２６，２７と２８および基準軸２１を挾ん
で対向する電磁石２９，３０と３１の磁気吸引力
の方向３７，３８は上記第２実施例と同様一定の
角度で交差している。また、この場合においては
対をなす電磁石２６，２９と継鉄１２４ａとで電
磁石部材２４Ａを構成し、同様に電磁石２８，３
１および継鉄１２４ｂとで電磁石部材２４Ｂを、
そして電磁石２７，３０と継鉄１２４ｃとで電磁
石部材２４Ｃをそれぞれ構成している。

このような構成においても電磁石固定体２２を
非接触状態で支持し得ることは明らかであろう。

第９図および第１０図は本発明の第３実施例を
示す斜視図および正面図である。本実施例におい
ては一対の基準軸２０，２１の断面形状を異なら
すと共に電磁石部材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを傾
けてその上下端部をそれぞれ基準軸２０，２１の
中心軸４０に関し左右に位置させたものである。
このため、各電磁石部材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ
の対をなす電磁石２６と３０，２８と２９および
２７と３１はそれぞれ基準軸２０，２１の反対側
に位置され、これによつて中心軸４０の左右にそ
れぞれ３個の電磁石２８，３０，３１および２
６，２７，２９が配置され、その磁極が各基準軸
２０，２１の斜面に対向している。この場合、第
１０図に示すように基準軸２０に対向する電磁石
２６の磁気吸引力の方向３７と基準軸２１に対向
する電磁石３０の磁気吸引力の方向４１とは平行
でないように配置する必要があり、従つて基準軸
２０の電磁石２６が対向する斜面と、基準軸２１
の電磁石３０が対向する斜面とは平行であつては
ならない。

すなわち、基準軸２０，２１にそれぞれ３個の
電磁石が対向配置され、かつ基準軸２０，２１の
左右についても各３個の電磁石が配置される第３
実施例においては、上述した制約のある構成にし
なければ、安定な浮上状態が得られず、このこと
は理論的に証明され得る。なお、前記第１および
第２実施例においては電磁石２６〜３１の配置が
異なるため、このような制約を受けることはな
い。

第１１図は本発明の第４実施例を示す要部拡大
正面図である。本実施例は複数枚のけい素鋼板を
電磁石固定体２２の移動方向に重ね合せて基準軸
２０を形成し、かつこの基準軸２０のインダクタ
ンス形の変位検出器３２が対向する表面部分、す
なわち「コ」字形電磁石２６の継鉄の磁極間に対
向する部分に、該基準軸２０の全長に亘つて延在
する長尺板状の電気良導体４２を埋込配置したも
のである。

可動体としての電磁石固定体２２はリニアモー
タ、ボイスコイルモータ（図示せず）等の駆動手
段によつて移動され得るが、磁性体の基準軸２０
が通常の鉄のような良導体であると、電磁石２６
の磁束が通つているために、これが相対的に動く
と、基準軸２０の面上に渦電流が発生し、これと
磁束作用で電磁石固定体２２の移動方向の駆動力
に対し速度に比例したブレーキ力が発生し、高速
駆動に対し障害となり、性能を低下させる。そこ
で、上述した通り電磁石固定体２２の案内面を構
成する基準軸２０をけい素鋼板の積層体あるいは
軟磁性フエライト材とすることにより渦電流を無
くし、前述の性能低下を防ぎ得る。但し、この場
合には磁気浮上機能のための変位検出に比較的安
価でかつ入手の容易なインダクタンス変化形の変
位検出器が使用できなくなる不都合を有し、これ
を解決すべく前記電気良導体４２が基準軸２０に
設けられる。

第１２図および第１３図は本発明の第５実施例
を示す斜視図および正面図である。本実施例は円
柱体からなる一対の基準軸４３，４４を使用した
ものである。円柱体からなる基準軸４３，４４は
その直径、母線の平坦性を比較的容易にかつ精度
高く加工することができ、かつ軸間距離を正確に
定めて組立てることができる利点を有するため、
高精度な磁気浮上案内機構を得るに適した構造と
云える。なお、電磁石２６〜３１および変位検出
器３２〜３６は第２図〜第４図に示した第１実施
例と同様に配置されるため、その説明を省略す
る。

第１４図は本発明の第６実施例を示す斜視図で
ある。本実施例は円柱状からなる一対の基準軸４
３，４４を用い、第５図〜第８図に示した第２実
施例と同様に電磁石２６〜３１および変位検出器
３２〜３６を配置したものである。

第１５図はさらに本発明の第７実施例を示す斜
視図で、円柱状からなる一対の基準軸４３，４４
を用い、第９図および第１０図に示した第３実施
例と同様に電磁石２６〜３１と変位検出器３２〜
３６を配置したものである。

なお、本発明においては全ての実施例において
一対の基準軸２０，２１を固定体とし、電磁石２
６〜３１および変位検出器３２〜３６を備えた電
磁石固定体２２を可動体とした場合について説明
したが、これらは相対的に動かすことが可能であ
るから、逆に一対の基準軸２０，２１を可動体と
し、電磁石固定体２２を固定体としても全く同一
の機能を得ることができることは勿論である。ま
た、その決定に際しては比較的複雑な構造の方を
固定体とすることにより、軽量化や配線等につい
ての制約を取り除くことができる有利さも得られ
る。

以上説明したように本発明に係る磁気浮上案内
機構は、浮上機構を坦う電磁石と変位検出器を６
個と５個の最少固数にすることが可能であるか
ら、部品点数および電磁石電流の制御装置の削
減、製造、組立て時間の短縮に役立ち、かつ精度
の高い部品形状の使用が可能で、安定性に優れ、
性能の高い磁気浮上案内機構を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気浮上案内機構の従来例を示す概略
構成図、第２図は本発明に係る磁気浮上案内機構
の第１実施例を示す斜視図、第３図はその正面
図、第４図はその右側面図、第５図〜第８図は本
発明の第２実施例を示す斜視図、正面図、左側面
図および右側面図、第９図および第１０図は本発
明の第３実施例を示す斜視図および正面図、第１
１図は本発明の第４実施例を示す要部拡大正面
図、第１２図および第１３図は本発明の第５実施
例を示す斜視図および正面図、第１４図は本発明
の第６実施例を示す斜視図、第１５図は本発明の
第７実施例を示す斜視図である。 ２０，２１……基準軸、２２……電磁石固定
体、２４Ａ〜２４Ｃ……電磁石部材、２５Ａ，２
５Ｂ……結合部材、２６〜３１……電磁石、２６
ａ〜３１ａ……励磁コイル、３２〜３６……変位
検出器、３７，３８，４１……磁気吸引力の方
向、４２……電気良導体、４３，４４……円柱体
からなる基準軸、１２４ａ〜１２４ｃ……継鉄。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行に配設された一対の基準軸と、両側合わ
   せて合計６個の分岐部を有し、前記一方の基準軸
   の側に最少２個、最大４個の分岐部が設けられ、
   これら分岐部が一方の基準軸を挾んでその両側か
   ら対向し、他方の側に残り個数の分岐部が設けら
   れ、これら分岐部が他方の基準軸を挾んでその両
   側から対向するように、前記一対の基準軸間にこ
   れら両基準軸の軸線方向に相対移動自在に配設さ
   れた電磁石固定体と、この電磁石固定体の各先端
   部に、当該先端部に対応する基準軸に対して対向
   するようにそれぞれ配設された６個の電磁石と、
   各基準軸に対してその側方より対向するように前
   記電磁石固定体の両側にそれぞれが互いに独立し
   た向きをなすように振分けて配設され、該電磁石
   固定体と各基準軸との隙間を検出する合計５個の
   変位検出器とを備え、各基準軸を挾んでその両側
   に配置される電磁石は、その磁気吸引力の方向
   を、前記一対の基準軸の軸線方向からみた場合、
   互いに交差し、対応する基準軸を互いに引き合う
   よう該基準軸に作用し、前記電磁石のコイル電流
   を前記変位検出器の信号によつて制御することに
   より一対の基準軸と電磁石固定体を非接触状態に
   保つことを特徴とする磁気浮上案内機構。 ２ 基準軸がけい素鋼板の積層体で構成され、変
   位検出器に対応する表面部に電気良導体が該基準
   軸の長手方向全長に設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の磁気浮上案内機
   構。 ３ 基準軸が円柱体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の磁気浮上案
   内機構。