JP3695542B2 - リニア電磁アクチュエータを具備したｘｙ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，被加工物等の物品を担持すると共に作業用として利用できる開口部を備えた相対移動部材を有し，該相対移動部材を二次元的に相対移動させるリニア電磁アクチュエータを具備したＸＹ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ＸＹ駆動装置として，図１０に示すものが知られている（例えば，特開平２−１１６４４２号公報参照）。図１０に示すＸＹテーブルは，互いに相対移動する相対移動部材として，ベッド１５１及び移動テーブル１５２を有している。図１０に示すＸＹテーブルは，ベッド１５１が固定側に構成され，また，ベッド１５１の上方に位置する移動テーブル１５２が可動側として構成されている。移勤テーブル１５２は，下記の構成の案内手段により案内され，ベッド１５１に対して二次元的に移動自在となっている。ベッド１５１の上面側に２本のトラックレール１５４が平行に固設されており，移動テーブル１５２の下面側にトラックレール１５４と直交するように他の２本のトラックレール１５５が平行に取り付けられている。上下のトラックレール１５４及び１５５の相互交差部間に，摺動台１５７がそれぞれ配設されており，各摺動台１５７はトラックレール１５４，１５５の両者に対して相対運動自在に係合している。ＸＹテーブルは，上記の構成を有することにより，移動テーブル１５２がＸ方向及びＹ方向に二次的に移動自在となっている。
【０００３】
次に，図１０に示す移動テーブル１５２を相対移動させる駆動手段について説明する。駆動手段は，ベッド１５１及び移動テーブル１５２には，各々の回転中心軸がＹ方向及びＸ方向と一致するように，モータ１６１，１６２がブラケット１６１ａ，１６２ａを介して取り付けられているものである。各モータ１６１，１６２には，ロータコア（図示せず）と一体に回転するように，ボールナット（図示せず）が内装されており，これらのボールナットに螺合するねじ軸１６４，１６５が設けられている。各ねじ軸１６４，１６５の一端は，連結プレート１６７，１６８を介して摺動台１５７に連結されている。駆動手段は，上記のように構成されており，各モータ１６１，１６２が回転することによって，移動テーブル１５２がベッド１５１に対して相対移動して作動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする諜題】
近年，ＸＹテーブル等のＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の装置を小型化することを目的として，開口部を有する移動テーブル１５２から成るＸＹ駆動装置自体を小型化し，特に，薄型化することが要望されている。しかしながら，上述した従来のＸＹテーブルにおいては，各モータ１６１，１６２やこれらの取付けのために設けられるブラケット１６１ａ，１６２ａ等が装置自体の高さ方向に占めるスペースが大きく，薄型化を計ることが困難になっている。
【０００５】
また，上述したようなＸＹ駆動装置の構成については，各ねじ軸１６４，１６５を挟むように，両側に位置する摺動台１５７同士が，摺動抵抗等の影響によって，相互の移動距離にずれを生じる懸念があり，その場合に，移動テーブル１５２がねじれ，移動テーブル１５２の高精度な位置決めができない恐れがある。例えば，上記のＸＹテーブルでは，２つの摺動台１５７間に連結プレート１６７，１６８を架設し，連結プレート１６７，１６８の中央部にねじ軸１６４，１６５よりの駆動力を付与するものであるが，上記公報に開示されているように，片側の摺動台１５７の近傍，即ち，偏倚した位置にねじ軸１６４，１６５を連結して駆動する装置であり，この場合に，移動テーブル１５２のねじれはかなり大きなものとなる恐れがある。
【０００６】
また，最近では，作業能率を高めるため，ＸＹ駆動装置の作動の高速化が望まれているが，上記のように，ねじ軸１６４，１６５からなるボールねじを使用した場合に，モータ１６１，１６２の回転数を高めようとしても移動テーブル１５２の作動速度は，それ程上がらず，高速化を図ることは必ずしも容易ではないのが現状である。
【０００７】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，扁平なリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータを使用することにより装置自体を薄型化に構成することを可能にし，被加工物等の物品を担持する相対移動部材の位置決め作動及び相対移動の高精度化及び高速化を達成し，相対移動部材にその中央に作業用として利用できる開口部を設け，該相対移動部材を二次元的に相対移動させるＸＹ駆動装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は，中央に矩形状の開口部が形成された略平板状でなる一対の相対移動部材と，前記相対移動部材双方を二次元的に相対移動自在に案内する案内手段と，各々の前記相対移動部材を互いに相対駆動させる駆動手段とを備え，
前記案内手段は，前記相対移動部材の互いに対向する一方の面に一方向であるＹ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなる第１のトラックレールと，前記相対移動部材の前記一方の面に対向する他方の面に前記Ｙ方向に直交してなる他方向でなるＸ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなり且つ前記第１のトラックレールと重なり合って前記開口部が互いに対向状態になる第２のトラックレールと，前記第１のトラックレールと前記第２のトラックレールとが重なり合った四箇所の相互交差部間にそれぞれ配設され且つ対向する前記第１のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架するとともに直交して対向する前記第２のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架してそれぞれに相対運動自在な４つの摺動台とから成り，
前記駆動手段は，扁平にして略矩形環状に巻回された電機子コイル群を含む一次側と，前記一次側に対する相対運動方向に沿って異なる磁極が交互に配設着磁され且つ前記電機子コイル群に対向して配置された略矩形板状でなる界磁マグネットを有する二次側とで構成されるリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータから成り，且つ前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか一方が前記第１のトラックレールの前記２本一組及び前記第２のトラックレールの前記２本一組のトラックレール同士間にそれぞれ配設され，且つ前記一方に対向する前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか他方がそれぞれの前記４つの摺動台の上下側にそれぞれ配設されて構成され，前記４つの摺動台の同期駆動によって前記相対移動部材を互いに前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向に相対駆動されることから成るＸＹ駆動装置に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるリニア電磁アクチュエータを具備したＸＹ駆動装置の実施例を説明する。
【００１０】
図１，図２及び図３に示すように，このＸＹ駆動装置は，一対の相対移動部材として，ベッド１０１及び移動テーブル１０２を有しており，ベッド１０１が固定側として下方に配置され，移動テーブル１０２が可動側としてベッド１０１の上方に配置されている。ベッド１０１及び移動テーブル１０２は，互いにほぼ同形状であり，同寸法に形成され，全体として，略平板状にそれぞれ形成され，それらの中央に作業用に利用される矩形状の開口部１０１ａ，１０２ａが形成されている。
【００１１】
ベッド１０１の上面側には，同じ構成を有する２つの長手駆動ユニット１０５が開口部１０１ａを挟んで互いに平行にそれぞれ固設されている。駆動ユニットｌ０５は，夫々上向きに，言い換えれば，各々が可動部として２つずつ具備するテーブル２が上側となるように配設されている。一方，移動テーブル１０２の下面側には，上記と同じ構成を有する２つの長手駆動ユニット１０５が開口部１０１ａを挟んで互いに平行に且つベッド１０１上の両駆動ユニット１０５に対して直交してそれぞれ固設されている。また，移動テーブル１０２に取り付けられた両駆動ユニット１０５については，各々が可動部として２つずつ備えるテーブル２が下側即ち下向きとなるように配設されている。
【００１２】
図１及び図３から明らかなように，上記のように，各駆動ユニット１０５は，上下で背反する状態にてベッド１０１の上面側及び移動テーブル１０２の下面側に夫々２つずつ設けられており，駆動ユニット１０５が備えているテーブル２同士が結合されている。摺動台は，上下のテーブル２の結合により形成される結合体によって構成されている。
【００１３】
上記のように，上下で２つずつ，合計４つ設けられた駆動ユニット１０５によって，移動テーブル１０２をベッド１０１に対して二次元的に案内する案内手段と，移動テーブル１０２に駆動力を付与して移動させる駆動手段とが構成される。また，各駆動ユニット１０５は，案内作用をなす案内ユニットと駆動力発生用のリニア直流モータとを相互付加したものである。次に，これらの駆動ユニット１０５の構成について詳述する。駆動ユニット１０５は，すべて同じ構成を有するものであるので，代表として，ベッド１０１の片側に配設された１つの駆動ユニット１０５，この場合には，図１〜図３において，参照符号１０５にアンダーラインを付した駆動ユニツト１０５についてのみ説明し，他の駆動ユニット１０５に関しては説明を省略する。
【００１４】
次に，駆動ユニット１０５が含んでいる移動テーブル１０２を案内する案内手段即ち案内ユニットを説明する。図４，図５及び図６に示すように，案内ユニットは，全体として，例えば，略矩形板状に形成されたベッド１と，ベッド１の長手方向に沿って移動すべきテーブル２とを有している。また，テーブル２については，図１及び図３から明らかなように，１つの駆動ユニット１０５について２つずつ設けられているが，両テーブル２自体及び夫々のテーブル２に装備される各部品は互いに同様に構成されているので，他の図面では１つのテーブル２のみを示し，その説明のみを行う。図４及び図６に示すように，ベッド１の上面には，略矩形板状に形成され，ベッド１とほぼ同じ長さを有するコイルヨーク３が配置されており，複数本の六角穴つきのボルト５（図６参照）によって，ベッド１に対して締結されている。コイルヨーク３の上面両側部には，２本のトラックレール７がコイルヨーク３の長手方向に沿って配置されており，複数本の平小ねじ８（図６参照）によってコイルヨーク３に締結されている。
【００１５】
図７に示すように，トラックレール７の外側部には，軌道として，断面形状が略半円状の軌道溝７ａが１条形成されている。図４及び図６から明らかなように，トラックレール７の外側には，トラックレール７に対して相対運動自在なスライドメンバー１０が配置されており，例えば，複数の六角穴つきのボルト１２（図６）によってテーブル２の下面側に結結されている。また，図６に示すように，テーブル２には，ボルト１２の頭部及びねじ部が夫々挿通される座ぐり部２ａ及び挿通孔２ｂが形成されており，ボルト１２はこれらの座ぐり部２ａ，挿通孔２ｂ内に埋没し，テーブル２の上面に突出しない状態に構成されている。
【００１６】
スライドメンバー１０には，転動体循環路（図示せず）が形成されており，該転動体循環路内には転動体としての多数のボール１３が配列収容されている。これらのボール１３は，トラックレール７に対するスライドメンバー１０の移動に伴ってトラックレール７の軌道溝７ａを転走しつつ循環してトラックレール７及びスライドメンバー１０の間で荷重を受けている。
【００１７】
図７に示すように，スライドメンバー１０は，ケーシング１４と，ケーシング１４の両端部になべ小ねじ１５により結合された一対のエンドキャップ１６ａ，１６ｂと，両エンドキャップ１６ａ，１６ｂの外面に共締めされた２枚のシール１７ａ，１７ｂとを有している。上記転動体循環路は，ケーシング１４を直線的に貫くように且つ互いに平行に形成された負荷軌道溝及びリターン路と，両エンドキャップ１６ａ，１６ｂに形成され且つ負荷軌道溝とリターン路との両端部同士を連通させる一対の略円弧状の方向転換路とから構成されている。また，該負荷軌道溝は，トラックレール７の軌道溝７ａと対向して形成されている。
【００１８】
上記の構成を有する案内ユニットは，べッド１０１に形成された平坦な取付面に対して複数の六角穴つきのボルト（図示ぜず）によって締結されている。このため，図６に示すように，ベッドｌは，案内ユニットを上記取付面に固定するための平坦な取付底面１ａを有している。図４乃至図６に示すように，ベッド１の両側部には，ベッド１を締結するための上記ボルトの頭部及びねじ部が夫々挿通される座ぐり部１ｂ及び挿通孔１ｃが形成されており，上記ボルトはこれらの座ぐり部１ｂ，挿通孔１ｃ内に埋没し，ベッド１の上面に突出することはない。
【００１９】
次に，上記した構成の案内ユニットと相互付加されたリニア直流モータの一次側及び二次側について詳述する。また，該リニア直流モータは可動マグネット型のものである。まず，リニア直流モータの一次側については，図４〜図６及び図８に示すように，ベッド１上に搭載されたコイルヨーク３と，コイルヨーク３の上面側にコイルヨーク３の長手方向に沿って配置されたコイル基板２０と，コイル基板２０の下面側即ちコイルヨーク３側に，テーブル２が移動すべき方向に沿って一列に並べて粘着されることにより担持された，例えば，３２個の電機子コイル２２とを有している。また，電機子コイル２２は，略矩形環状にそれぞれ巻回されている。また，図６及び図８に示すように，コイル基板２０には，各電機子コイル２２に対応してホール効果素子４３が設けられている。これらのホール効果素子４３は，後述する回路基板上に設けられた各電子部品等と共に駆動回路を構成する。該駆動回路は，各電機コイル２２に対する給電等を行うためのものである。各ホール効果素子４３は，リニア直流モータの二次側が具備する界磁マグネットが接近したとき，界磁マグネットが発する磁力線の量に応じた信号を発生する。各電機子コイル２２に対する給電及び遮断は，界磁マグネットの信号に基づいて制御するように構成されている。
【００２０】
各電機子コイル２２及びコイル基板２０の双方は，各電機子コイル２２の個々について，例えば，２本ずつ挿通された締結部材としてのさら小ねじ２４により，コイル基板２０を外側にしてコイルヨーク３に共締めされている。また，図６及び図８に示すように，さら小ねじ２４によって締め付けられるコイル基板２０とさら小ねじ２４が螺合するコイルヨーク３との間には，間座アセンブリ２６が介装されている。これらの間座アセンブリ２６は，さら小ねじ２４を締め付けることによりコイル基板２０が反り等の変形を生じないように設けられたものであり，各電機子コイル２２の内側に嵌挿されている。
【００２１】
次に，各電機子コイル２２に対する給電等を行うための回路基板３０について説明する。図４，図６及び図８に示すように，回路基板３０は，上面側にてコイルヨーク３を介してコイル基板２０を搭載したベッド１の下面側にコイル基板２０と平行に配置されており，複数の六角穴つきのボルト５によりベース部材ｌに対して締結されている。また，これらのボルト５は，コイルヨーク３のベッド１に対する締結をもなすものである。図８に示すように，回路基板３０は，電子部品３３，３４等で構成された駆動回路を夫々設けた複数の区割部３５を連ねて成る。これらの区割部３５は，３２個並設された各電機子コイル２２のうち，２つずつの電機子コイルを単位としてこれに対応して設けられ，電機子コイル２２の数は，この実施例では，１６個である。各区割部３５に設けられた駆動回路は，１つの電機子コイル２２に対して励磁電流を供給する回路部分を１組，即ち，２つの電機子コイル２２に対応する回路を含んでいる。
【００２２】
次に，回路基板３０と，回路基板３０の上方に配置されたコイル基板２０の区割りの構成について説明する。まず，回路基板３０について説明する。回路基板３０を製作する場合に，基本長さを有する基本基板５４（図８にその一部を示す）を用意する。基本基板５４は，図８に基づいて説明した区割部３５を，例えば，１５個一体に連ねて構成されている。これらの区割部３５には，単位化された２つずつの電機子コイル２２に対して給電等を行う駆動回路が設けられている。また，図８に示すように，基本基板５４の表裏両面（図８では裏面のみを示す）には，各区割部３５を判別するためのマークとして破線５５が印刷されている。回路基板３０は，区割部３５を１６連ねなければならないから，上記の基本基板５４が有する１５個の区割部３５のうち１つを破線５５にて切断して分割し，分割した区割部３５を図８に示すように未分割の基本基板５４の一端に分割した１つを列設し，相互の接続端子同士を接続することにより完成する。
【００２３】
また，図８において，分割された区割部３５と基本基板５４との接続は，例えば，両者の接続端子部分に設けられたスルーホール３５ｂに嵌入する端子５７ａを有する単一の接続部品５７により行われる。また，接続端子部分同士の接続は，銅線等を用いて行ってもよいが，上記のような接続部品５７を用いて接続を行うように構成することにより，一度に接続することができると共に，接続部品５７が有する剛性によって接続部の補強がなされる。また，接続部品５７としては，単に導通接続作用のみをなす部品を用いてもよい他，ＩＣ等の電子部品を共用してもよい。
【００２４】
次いで，コイル基板２０について説明する。コイル基板２０については，全体としては図示していないが，製作する場合に，図８に示すように，回路基板３０用の基本基板５４とほぼ同じ長さの基本基板５９を用意する。基本基板５９は，回路基板３０用の基本基板５４と同様に，１５個の区割部６０を一体に連ねてなる。図８に示すように，これらの１５個の区割部６０には，２つずつの電機子コイル２２が単位化されて粘着されており，基本基板５９上に並設された電機子コイル２２の総数は，３０個となっている。また，図８及び図５に示すように，基本基板５９の表面には，これらの区割部６０を判別するためのマークとして破線６１が印刷されている。図８に示すように，未分割の基本基板５９の一端に対して，他の図示しない基本基板から分割した１つの区割部６０を連ねて接続することにより回路基板３０が形成される。また，図８において，参照符号６０ａは，各区割部６０に設けられた接続端子を示している。
【００２５】
上記の説明では，コイル基板２０及び回路基板３０について，２つずつの電機子コイル２２とこれらを駆動するための駆動回路とを単位化して区割りしているが，３つ以上の電機子コイル及び駆動回路について夫々単位化して区割りしてもよい。また，この実施例においては，総数３２個の電機子コイル２２を備える駆動ユニットを製造する際に，３０個の電機子コイル２２を担持させた基本基板５４とこれらの電機子コイル２２のうち２つずつに対応する駆動回路を複数並設させた基本基板５９とを用意するものとしているが，これらの基本基板５４，５９の全長即ちこれらに具備させるべき電機子コイル及ひ駆動回路の数についてはその設定を適宜変え得ることは勿論である。
【００２６】
また，この実施例においては，基本基板５４，５９に設けられた区割部３５，６０のうち１以上を分割し，区割部３５，６０を未分割の基本基板５４，５９に継ぎ足すことによりコイル基板２０及び回路基板３０を構成しているが，製作すべき駆動ユニットの作動ストロークが基本基板５４，５９の全長よりも短い場合は，各基本基板５４，５９に設けられた各区割部３５，６０のうち１以上を必要に応じて切除すればよい。
【００２７】
図６及び図８に示すように，ベッド１及びコイルヨーク３を介して互いに離間して配置されたコイル基板２０及び回路基板３０は，該両基板の相互対向面側に設けられた複数（この場合１６個ずつ）の接続手段としての雌雄両コネクタ６３及び６４同士を接続させることにより接続される。コネクタ６３，６４は，前述のように単位化された２つずつの電機子コイル２２及び駆動回路が夫々設けられた各区割部３５及び６０の各々に対して１つずつ配置されており，図６に示すように，ベッド１及びコイルヨーク３に形成された開口部１ｅ及び３ｅを通じて相互に接続される。このように，コイル基板２０及び回路基板３０の各区割部３５，６０について，１つずつのコネクタ６３，６４を設けたので，両区割部３５，６０同士を互いに組み付ける際に，両者の方向性を迅速且つ容易に認識することができ，作業が容易となる。また，両区割部３５，６０同士の接続については，上記のように，コネクタによらず，導電線によってもよい。また，設けるコネクタの数は，上記のように，各区割部３５，６０について１つのみ設ける他，２つずつ以上設けることとしてもよい。
【００２８】
一方，リニア直流モータの二次側に関しては，下記のように構成されている。図４及び図６に示すように，二次側は，テーブル２の下面側に固着されたマグネットヨーク６８と，一次側の電機子コイル２２の各々と対向すべくマグネットヨーク６８の下面に固設された界磁マグネット６９とを有している。図９に示すように，界磁マグネット６９は，全体として略矩形板状に形成され，一次側及び二次側の相対移動がなされる方向Ａ，即ちべッド１の長手方向に沿ってＮ及びＳの磁極が複数，例えば，５極が交互に並ぶように着磁されている。
【００２９】
駆動ユニット１０５については，ベッド１及びテーブル２の相対位置を検知するための位置検知手段として，下記の構成のものが設けられている。位置検知手段は，図４乃至図６に示すリニア磁気スケール７１と，図６に示す磁気センサ部７２とから成る。リニア磁気スケール７１は，テーブル２の移動方向に延在せられ，その長手方向に沿ってＮ，Ｓの磁極が交互に微細ピッチで多極着磁されると共に，一端に原点信号着磁部が形成されている。磁気センサ部７２には，原点検出用のホール効果素子を設けると共に，Ａ相及びＢ相の他の２つのホール効果素子を互いに上記ピッチの２分の１だけずらせて配置している。かかる構成により，Ａ相，Ｂ相の信号が得られ，相対位置の検知と共に移動方向の判別ができる。また，図４乃至図６に示すように，磁気センサ部７２から信号の取出しをなすためのケーブルとしてのフレキシブル基板７４と，フレキシブル基板７４を覆うカバー７５とが設けられている。
【００３０】
駆動ユニット１０５については，各電機子コイル２２に所定の励磁電流を供給することにより，リニア直流モータの一次側及び二次側の両者間にフレミングの左手の法則に基づく推力が生じ，ベッド１を固定側として，二次側と一体のテーブル２が上記推力によって移動する。上述した位置検知手段により，ベッド１に対するテーブル２の位置が検知される。
【００３１】
駆動ユニットｌ０５は，ベッド１０１の上面側及び移動テーブル１０２の下面側に夫々２つずつ設けられ，上下で背反し，かつ直交する状態となされている。上下２つずつの駆動ユニット１０５が各々２つずつ具備したテーブル２が，上下駆動ユニットの相互交差部間に位置し，上下のテーブル２同士が互いに結合されている。テーブル２同士の結合により構成される可動部が摺動台として作用する。即ち，図１乃至図３から明らかなように，摺動台としての可動部は４箇所に位置する。上記可動部は，詳しくは，互いに結合された上下２つのテーブル２と，両テーブル２の各々に取り付けられたスライドメンバー１０とから成る。即ち，４つの摺動台の上下側に駆動ユニット１０５がそれぞれ配設されている。
【００３２】
ところで，駆動ユニット１０５は，上下に夫々２つずつ，合計４つ設けられており，これらの４つの駆動ユニット１０５は平行な２本ずつのトラックレール７を一組として具備している。これらのトラックレール７に関し，下側即ちベッド１０１の上面側に設けられた２つの駆動ユニット１０５が夫々２本一組として備えたトラックレール７について，これを第１のトラックレールと定義し，上側即ち移動テーブル１０２の下面側に設けられた他の２つの駆動ユニット１０５が各々２本一組として具備したトラックレール７を第２のトラックレールと定義する。但し，これとは逆に，上側の駆動ユニット１０５のトラックレール７を第ｌのトラックレールとし，下側の駆動ユニット１０５のトラックレール７を第２のトラックレールと定義してもよいことは勿論である。
【００３３】
第ｌのトラックレールと，第２のトラックレールと，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部間に配設されて第ｌ及び第２のトラックレールに対して相対運動自在な摺動台としての４つの可動部とによって，移動テーブル１０２を固定側であるベッド１０１に対して二次元的に相対移動自在に案内する案内手段が構成されている。また，リニア直流モータは，４つの駆動ユニット１０５をそれぞれ備えている。即ち，リニア直流モータは４つ設けられ，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して配設されている。これらのリニア直流モータは，移動テーブル１０２を二次元的に移動させるべく駆動する駆動手段を構成している。
【００３４】
このＸＹ駆動装置は，移動テーブル１０２を移動させる駆動手段として，扁平に構成されるリニア直流モータが採用されている。従って，このＸＹ駆動装置が薄型となり，このＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の装置を小型化することに寄与するものである。また，このＸＹ駆動装置は，リニア直流モータを用いたことによって，リニア直流モータの作動速度が移動テーブル１０２の作動速度となり，極めて高速にて作業を行うことができる。
【００３５】
また，このＸＹ駆動装置は，移動テーブル１０２を二次元的な案内をなす案内手段について，２本を一組として二組がベッド１０１及び移動テーブル１０２のいずれか一方に互いに平行に固着された第１のトラックレールと，２本を一組として二組が第ｌのトラックレールと交差して互いに平行に配置され且つ一方に対する他方に固着された第２のトラックレールと，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部問に配設されて，第ｌのトラックレール及び第２のトラックレールに対して相対連動自在な４つの摺動台としての可動部（上下のテーブル２同士を結合することにより構成される）とを有するように構成されている。リニア直流モータは，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して配設されている。移動テーブルｌ０２の両側に位置する可動部同士が，該可動部各々に個別に対応して設けられたリニア直流モータ各々の同期的作動によって駆動されるので，トラックレールとの間に生ずる摺動抵抗等に起因する相互の移動距離のずれを生ずることがなく，移動テーブルｌ０２のねじれが防止されて高精度な位置決めを行うことができる。
【００３６】
また，図６から明らかなように，このＸＹ駆動装置については，リニア直流モータが具備する電機子コイル２２群が，トラックレール７同士の間に挿通されるように配置されている。即ち，トラックレール７を設けたことにより生ずるデッドスペースを，電機子コイル２２の設置スペースとして活用しているのであり，その結果，装置の更なる薄型化が達成されている。
【００３７】
このＸＹ駆動装置は，更に，下記の構成を採用している。このＸＹ駆動装置は，組毎の第ｌのトラックレール又は第２のトラックレールと，摺動台としての上記可動部のうち，トラックレールに対して相対運動自在に係合する部位（１つのテーブル２とこれに装着されたスライドメンバー１０とからなる）とが，リニア直流モータと共に駆動ユニット１０５としてユニット化されており，このため，部品管理や組立てが容易になっている。
【００３８】
また，上記実施例では，上下に配設された駆動ユニット１０５が各々具備するテーブル２同士を上下で結合することによって摺動台としての可動部を構成してたものについて説明したが，上下の各テーブル２及びその各々に装着されたスライドメンバーｌ０を全体的に一体としてもよい。或いは，上記実施例では，ベッド１０１を固定側とし，移動テーブルｌ０２を可動側として作動させているが，逆に，移動テーブル１０２を固定側として，ベッド１０１を可動側として作動させてもよいし，両者を共に可動として相対的に作動させてもよいことは勿論である。又は，上記実施例では，電機子コイル２２側を固定側として構成し，界磁マグネット６９側を移動側として構成した可動マグネット型リニア直流モータについて説明したが，電機子コイル側を移動側として構成し，界磁マグネット側を固定側として構成した可動コイル型リニア直流モータに構成することもできることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によるＸＹ駆動装置は，上記のように構成されており，作業用として利用できる開口部を有する相対移動部材を移動させる駆動手段として，扁平に構成できるリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータを採用することにより装置自体を薄型に構成し，このＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の機械装置を小型化にすることに寄与できるように構成できる。即ち，電機子コイル群及び界磁マグネットが，第ｌのトラックレール同士の間，又は第２のトラックレール同士の間に挿通されるように配置され，トラックレールを設けたことにより生ずるデッドスペースを電機子コイル又は界磁マグネットの設置スペースとして活用できるので，装置自体を更なる薄型化に構成することができる。更に，このＸＹ駆動装置は，駆動手段としてリニア直流モータを用いることによって，リニア直流モータ自体の作動速度が相対移動部材の作動速度となり，極めて高速にて作業を行うことができ，相対移動部材の高速化を達成できる。
【００４０】
特に，このＸＹ駆動装置は，相対移動部材を二次元的に案内する案内手段が２本を一組として二組が相対移動部材のいずれか一方に互いに平行に固着された第ｌのトラックレールと，２本を一組として二組が該第１のトラックレールと交差して互いに平行に配置され且つ上記一方に対する他方の相対移動部材に固着された第２のトラックレールと，該第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部間に配設されて該第１のトラックレール及び第２のトラックレールに対して相対運動自在な４つの摺動台とを有し，また，リニア直流モータが第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して４つ配設されているので，相対移動部材の開口部の両側に位置する２つの摺動台同士が，該摺動台に個別に対応してそれぞれ設けられたリニア直流モータが同期的な作動によって駆動されるので，摺動抵抗等に起因する相互の移動距離のずれを生ずることがなく，相対移動部材のねじれが防止されて高精度な位置決めを行うことができる。
【００４１】
更に，このＸＹ駆動装置は，組毎の第１のトラックレール又は第２のトラックレールと，摺動台のうち，トラックレールに対して相対運動自在に係合する部位とが，リニア電磁アクチュエータと共に駆動ユニットとしてユニット化されているので，ＸＹ駆動装置の部品管理や組立てが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＸＹ駆動装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１のＸＹ駆動装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視におけるＸＹ駆動装置を示す正面図である。
【図４】図ｌのＸＹ駆勤装置が具備する駆動ユニットとその周辺の部材とを示す一部断面を含む斜視図である。
【図５】図４の駆動ユニットを示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視における駆動ユニット及びその周辺の部材を示す一部断面を含む側面図である。
【図７】図４の駆動ユニットが具備するトラックレール及びスライドメンバーを示す一部断面を含む斜視図である。
【図８】図４の駆動ユニットが具備するリニア直流モータの要部を示す一部断面を含む拡散分解斜視図である。
【図９】図４の駆動ユニットが具備するリニア直流モータの二次側の構成部材である界磁マグネットを示す斜視図である。
【図１０】 従来のＸＹ駆動装置を示す一部断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
１ ベッド
２ テーブル
３ コイルヨーク
７ トラックレール
１０ スライドメンバー
２０ コイル基板
２２ 電機子コイル
３０ 回路基板
４３ ホール効果素子
６８ マグネットヨーク
６９ 界磁マグネット
７１ リニア電磁スケール
７２ 磁気センサ部
１０１ ベッド（相対移動部材）
１０２ 移動テーブル（相対移動部材）
１０５ 駆動ユニット
【発明の属する技術分野】
この発明は，被加工物等の物品を担持すると共に作業用として利用できる開口部を備えた相対移動部材を有し，該相対移動部材を二次元的に相対移動させるリニア電磁アクチュエータを具備したＸＹ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ＸＹ駆動装置として，図１０に示すものが知られている（例えば，特開平２−１１６４４２号公報参照）。図１０に示すＸＹテーブルは，互いに相対移動する相対移動部材として，ベッド１５１及び移動テーブル１５２を有している。図１０に示すＸＹテーブルは，ベッド１５１が固定側に構成され，また，ベッド１５１の上方に位置する移動テーブル１５２が可動側として構成されている。移勤テーブル１５２は，下記の構成の案内手段により案内され，ベッド１５１に対して二次元的に移動自在となっている。ベッド１５１の上面側に２本のトラックレール１５４が平行に固設されており，移動テーブル１５２の下面側にトラックレール１５４と直交するように他の２本のトラックレール１５５が平行に取り付けられている。上下のトラックレール１５４及び１５５の相互交差部間に，摺動台１５７がそれぞれ配設されており，各摺動台１５７はトラックレール１５４，１５５の両者に対して相対運動自在に係合している。ＸＹテーブルは，上記の構成を有することにより，移動テーブル１５２がＸ方向及びＹ方向に二次的に移動自在となっている。
【０００３】
次に，図１０に示す移動テーブル１５２を相対移動させる駆動手段について説明する。駆動手段は，ベッド１５１及び移動テーブル１５２には，各々の回転中心軸がＹ方向及びＸ方向と一致するように，モータ１６１，１６２がブラケット１６１ａ，１６２ａを介して取り付けられているものである。各モータ１６１，１６２には，ロータコア（図示せず）と一体に回転するように，ボールナット（図示せず）が内装されており，これらのボールナットに螺合するねじ軸１６４，１６５が設けられている。各ねじ軸１６４，１６５の一端は，連結プレート１６７，１６８を介して摺動台１５７に連結されている。駆動手段は，上記のように構成されており，各モータ１６１，１６２が回転することによって，移動テーブル１５２がベッド１５１に対して相対移動して作動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする諜題】
近年，ＸＹテーブル等のＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の装置を小型化することを目的として，開口部を有する移動テーブル１５２から成るＸＹ駆動装置自体を小型化し，特に，薄型化することが要望されている。しかしながら，上述した従来のＸＹテーブルにおいては，各モータ１６１，１６２やこれらの取付けのために設けられるブラケット１６１ａ，１６２ａ等が装置自体の高さ方向に占めるスペースが大きく，薄型化を計ることが困難になっている。
【０００５】
また，上述したようなＸＹ駆動装置の構成については，各ねじ軸１６４，１６５を挟むように，両側に位置する摺動台１５７同士が，摺動抵抗等の影響によって，相互の移動距離にずれを生じる懸念があり，その場合に，移動テーブル１５２がねじれ，移動テーブル１５２の高精度な位置決めができない恐れがある。例えば，上記のＸＹテーブルでは，２つの摺動台１５７間に連結プレート１６７，１６８を架設し，連結プレート１６７，１６８の中央部にねじ軸１６４，１６５よりの駆動力を付与するものであるが，上記公報に開示されているように，片側の摺動台１５７の近傍，即ち，偏倚した位置にねじ軸１６４，１６５を連結して駆動する装置であり，この場合に，移動テーブル１５２のねじれはかなり大きなものとなる恐れがある。
【０００６】
また，最近では，作業能率を高めるため，ＸＹ駆動装置の作動の高速化が望まれているが，上記のように，ねじ軸１６４，１６５からなるボールねじを使用した場合に，モータ１６１，１６２の回転数を高めようとしても移動テーブル１５２の作動速度は，それ程上がらず，高速化を図ることは必ずしも容易ではないのが現状である。
【０００７】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，扁平なリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータを使用することにより装置自体を薄型化に構成することを可能にし，被加工物等の物品を担持する相対移動部材の位置決め作動及び相対移動の高精度化及び高速化を達成し，相対移動部材にその中央に作業用として利用できる開口部を設け，該相対移動部材を二次元的に相対移動させるＸＹ駆動装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は，中央に矩形状の開口部が形成された略平板状でなる一対の相対移動部材と，前記相対移動部材双方を二次元的に相対移動自在に案内する案内手段と，各々の前記相対移動部材を互いに相対駆動させる駆動手段とを備え，
前記案内手段は，前記相対移動部材の互いに対向する一方の面に一方向であるＹ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなる第１のトラックレールと，前記相対移動部材の前記一方の面に対向する他方の面に前記Ｙ方向に直交してなる他方向でなるＸ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなり且つ前記第１のトラックレールと重なり合って前記開口部が互いに対向状態になる第２のトラックレールと，前記第１のトラックレールと前記第２のトラックレールとが重なり合った四箇所の相互交差部間にそれぞれ配設され且つ対向する前記第１のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架するとともに直交して対向する前記第２のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架してそれぞれに相対運動自在な４つの摺動台とから成り，
前記駆動手段は，扁平にして略矩形環状に巻回された電機子コイル群を含む一次側と，前記一次側に対する相対運動方向に沿って異なる磁極が交互に配設着磁され且つ前記電機子コイル群に対向して配置された略矩形板状でなる界磁マグネットを有する二次側とで構成されるリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータから成り，且つ前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか一方が前記第１のトラックレールの前記２本一組及び前記第２のトラックレールの前記２本一組のトラックレール同士間にそれぞれ配設され，且つ前記一方に対向する前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか他方がそれぞれの前記４つの摺動台の上下側にそれぞれ配設されて構成され，前記４つの摺動台の同期駆動によって前記相対移動部材を互いに前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向に相対駆動されることから成るＸＹ駆動装置に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるリニア電磁アクチュエータを具備したＸＹ駆動装置の実施例を説明する。
【００１０】
図１，図２及び図３に示すように，このＸＹ駆動装置は，一対の相対移動部材として，ベッド１０１及び移動テーブル１０２を有しており，ベッド１０１が固定側として下方に配置され，移動テーブル１０２が可動側としてベッド１０１の上方に配置されている。ベッド１０１及び移動テーブル１０２は，互いにほぼ同形状であり，同寸法に形成され，全体として，略平板状にそれぞれ形成され，それらの中央に作業用に利用される矩形状の開口部１０１ａ，１０２ａが形成されている。
【００１１】
ベッド１０１の上面側には，同じ構成を有する２つの長手駆動ユニット１０５が開口部１０１ａを挟んで互いに平行にそれぞれ固設されている。駆動ユニットｌ０５は，夫々上向きに，言い換えれば，各々が可動部として２つずつ具備するテーブル２が上側となるように配設されている。一方，移動テーブル１０２の下面側には，上記と同じ構成を有する２つの長手駆動ユニット１０５が開口部１０１ａを挟んで互いに平行に且つベッド１０１上の両駆動ユニット１０５に対して直交してそれぞれ固設されている。また，移動テーブル１０２に取り付けられた両駆動ユニット１０５については，各々が可動部として２つずつ備えるテーブル２が下側即ち下向きとなるように配設されている。
【００１２】
図１及び図３から明らかなように，上記のように，各駆動ユニット１０５は，上下で背反する状態にてベッド１０１の上面側及び移動テーブル１０２の下面側に夫々２つずつ設けられており，駆動ユニット１０５が備えているテーブル２同士が結合されている。摺動台は，上下のテーブル２の結合により形成される結合体によって構成されている。
【００１３】
上記のように，上下で２つずつ，合計４つ設けられた駆動ユニット１０５によって，移動テーブル１０２をベッド１０１に対して二次元的に案内する案内手段と，移動テーブル１０２に駆動力を付与して移動させる駆動手段とが構成される。また，各駆動ユニット１０５は，案内作用をなす案内ユニットと駆動力発生用のリニア直流モータとを相互付加したものである。次に，これらの駆動ユニット１０５の構成について詳述する。駆動ユニット１０５は，すべて同じ構成を有するものであるので，代表として，ベッド１０１の片側に配設された１つの駆動ユニット１０５，この場合には，図１〜図３において，参照符号１０５にアンダーラインを付した駆動ユニツト１０５についてのみ説明し，他の駆動ユニット１０５に関しては説明を省略する。
【００１４】
次に，駆動ユニット１０５が含んでいる移動テーブル１０２を案内する案内手段即ち案内ユニットを説明する。図４，図５及び図６に示すように，案内ユニットは，全体として，例えば，略矩形板状に形成されたベッド１と，ベッド１の長手方向に沿って移動すべきテーブル２とを有している。また，テーブル２については，図１及び図３から明らかなように，１つの駆動ユニット１０５について２つずつ設けられているが，両テーブル２自体及び夫々のテーブル２に装備される各部品は互いに同様に構成されているので，他の図面では１つのテーブル２のみを示し，その説明のみを行う。図４及び図６に示すように，ベッド１の上面には，略矩形板状に形成され，ベッド１とほぼ同じ長さを有するコイルヨーク３が配置されており，複数本の六角穴つきのボルト５（図６参照）によって，ベッド１に対して締結されている。コイルヨーク３の上面両側部には，２本のトラックレール７がコイルヨーク３の長手方向に沿って配置されており，複数本の平小ねじ８（図６参照）によってコイルヨーク３に締結されている。
【００１５】
図７に示すように，トラックレール７の外側部には，軌道として，断面形状が略半円状の軌道溝７ａが１条形成されている。図４及び図６から明らかなように，トラックレール７の外側には，トラックレール７に対して相対運動自在なスライドメンバー１０が配置されており，例えば，複数の六角穴つきのボルト１２（図６）によってテーブル２の下面側に結結されている。また，図６に示すように，テーブル２には，ボルト１２の頭部及びねじ部が夫々挿通される座ぐり部２ａ及び挿通孔２ｂが形成されており，ボルト１２はこれらの座ぐり部２ａ，挿通孔２ｂ内に埋没し，テーブル２の上面に突出しない状態に構成されている。
【００１６】
スライドメンバー１０には，転動体循環路（図示せず）が形成されており，該転動体循環路内には転動体としての多数のボール１３が配列収容されている。これらのボール１３は，トラックレール７に対するスライドメンバー１０の移動に伴ってトラックレール７の軌道溝７ａを転走しつつ循環してトラックレール７及びスライドメンバー１０の間で荷重を受けている。
【００１７】
図７に示すように，スライドメンバー１０は，ケーシング１４と，ケーシング１４の両端部になべ小ねじ１５により結合された一対のエンドキャップ１６ａ，１６ｂと，両エンドキャップ１６ａ，１６ｂの外面に共締めされた２枚のシール１７ａ，１７ｂとを有している。上記転動体循環路は，ケーシング１４を直線的に貫くように且つ互いに平行に形成された負荷軌道溝及びリターン路と，両エンドキャップ１６ａ，１６ｂに形成され且つ負荷軌道溝とリターン路との両端部同士を連通させる一対の略円弧状の方向転換路とから構成されている。また，該負荷軌道溝は，トラックレール７の軌道溝７ａと対向して形成されている。
【００１８】
上記の構成を有する案内ユニットは，べッド１０１に形成された平坦な取付面に対して複数の六角穴つきのボルト（図示ぜず）によって締結されている。このため，図６に示すように，ベッドｌは，案内ユニットを上記取付面に固定するための平坦な取付底面１ａを有している。図４乃至図６に示すように，ベッド１の両側部には，ベッド１を締結するための上記ボルトの頭部及びねじ部が夫々挿通される座ぐり部１ｂ及び挿通孔１ｃが形成されており，上記ボルトはこれらの座ぐり部１ｂ，挿通孔１ｃ内に埋没し，ベッド１の上面に突出することはない。
【００１９】
次に，上記した構成の案内ユニットと相互付加されたリニア直流モータの一次側及び二次側について詳述する。また，該リニア直流モータは可動マグネット型のものである。まず，リニア直流モータの一次側については，図４〜図６及び図８に示すように，ベッド１上に搭載されたコイルヨーク３と，コイルヨーク３の上面側にコイルヨーク３の長手方向に沿って配置されたコイル基板２０と，コイル基板２０の下面側即ちコイルヨーク３側に，テーブル２が移動すべき方向に沿って一列に並べて粘着されることにより担持された，例えば，３２個の電機子コイル２２とを有している。また，電機子コイル２２は，略矩形環状にそれぞれ巻回されている。また，図６及び図８に示すように，コイル基板２０には，各電機子コイル２２に対応してホール効果素子４３が設けられている。これらのホール効果素子４３は，後述する回路基板上に設けられた各電子部品等と共に駆動回路を構成する。該駆動回路は，各電機コイル２２に対する給電等を行うためのものである。各ホール効果素子４３は，リニア直流モータの二次側が具備する界磁マグネットが接近したとき，界磁マグネットが発する磁力線の量に応じた信号を発生する。各電機子コイル２２に対する給電及び遮断は，界磁マグネットの信号に基づいて制御するように構成されている。
【００２０】
各電機子コイル２２及びコイル基板２０の双方は，各電機子コイル２２の個々について，例えば，２本ずつ挿通された締結部材としてのさら小ねじ２４により，コイル基板２０を外側にしてコイルヨーク３に共締めされている。また，図６及び図８に示すように，さら小ねじ２４によって締め付けられるコイル基板２０とさら小ねじ２４が螺合するコイルヨーク３との間には，間座アセンブリ２６が介装されている。これらの間座アセンブリ２６は，さら小ねじ２４を締め付けることによりコイル基板２０が反り等の変形を生じないように設けられたものであり，各電機子コイル２２の内側に嵌挿されている。
【００２１】
次に，各電機子コイル２２に対する給電等を行うための回路基板３０について説明する。図４，図６及び図８に示すように，回路基板３０は，上面側にてコイルヨーク３を介してコイル基板２０を搭載したベッド１の下面側にコイル基板２０と平行に配置されており，複数の六角穴つきのボルト５によりベース部材ｌに対して締結されている。また，これらのボルト５は，コイルヨーク３のベッド１に対する締結をもなすものである。図８に示すように，回路基板３０は，電子部品３３，３４等で構成された駆動回路を夫々設けた複数の区割部３５を連ねて成る。これらの区割部３５は，３２個並設された各電機子コイル２２のうち，２つずつの電機子コイルを単位としてこれに対応して設けられ，電機子コイル２２の数は，この実施例では，１６個である。各区割部３５に設けられた駆動回路は，１つの電機子コイル２２に対して励磁電流を供給する回路部分を１組，即ち，２つの電機子コイル２２に対応する回路を含んでいる。
【００２２】
次に，回路基板３０と，回路基板３０の上方に配置されたコイル基板２０の区割りの構成について説明する。まず，回路基板３０について説明する。回路基板３０を製作する場合に，基本長さを有する基本基板５４（図８にその一部を示す）を用意する。基本基板５４は，図８に基づいて説明した区割部３５を，例えば，１５個一体に連ねて構成されている。これらの区割部３５には，単位化された２つずつの電機子コイル２２に対して給電等を行う駆動回路が設けられている。また，図８に示すように，基本基板５４の表裏両面（図８では裏面のみを示す）には，各区割部３５を判別するためのマークとして破線５５が印刷されている。回路基板３０は，区割部３５を１６連ねなければならないから，上記の基本基板５４が有する１５個の区割部３５のうち１つを破線５５にて切断して分割し，分割した区割部３５を図８に示すように未分割の基本基板５４の一端に分割した１つを列設し，相互の接続端子同士を接続することにより完成する。
【００２３】
また，図８において，分割された区割部３５と基本基板５４との接続は，例えば，両者の接続端子部分に設けられたスルーホール３５ｂに嵌入する端子５７ａを有する単一の接続部品５７により行われる。また，接続端子部分同士の接続は，銅線等を用いて行ってもよいが，上記のような接続部品５７を用いて接続を行うように構成することにより，一度に接続することができると共に，接続部品５７が有する剛性によって接続部の補強がなされる。また，接続部品５７としては，単に導通接続作用のみをなす部品を用いてもよい他，ＩＣ等の電子部品を共用してもよい。
【００２４】
次いで，コイル基板２０について説明する。コイル基板２０については，全体としては図示していないが，製作する場合に，図８に示すように，回路基板３０用の基本基板５４とほぼ同じ長さの基本基板５９を用意する。基本基板５９は，回路基板３０用の基本基板５４と同様に，１５個の区割部６０を一体に連ねてなる。図８に示すように，これらの１５個の区割部６０には，２つずつの電機子コイル２２が単位化されて粘着されており，基本基板５９上に並設された電機子コイル２２の総数は，３０個となっている。また，図８及び図５に示すように，基本基板５９の表面には，これらの区割部６０を判別するためのマークとして破線６１が印刷されている。図８に示すように，未分割の基本基板５９の一端に対して，他の図示しない基本基板から分割した１つの区割部６０を連ねて接続することにより回路基板３０が形成される。また，図８において，参照符号６０ａは，各区割部６０に設けられた接続端子を示している。
【００２５】
上記の説明では，コイル基板２０及び回路基板３０について，２つずつの電機子コイル２２とこれらを駆動するための駆動回路とを単位化して区割りしているが，３つ以上の電機子コイル及び駆動回路について夫々単位化して区割りしてもよい。また，この実施例においては，総数３２個の電機子コイル２２を備える駆動ユニットを製造する際に，３０個の電機子コイル２２を担持させた基本基板５４とこれらの電機子コイル２２のうち２つずつに対応する駆動回路を複数並設させた基本基板５９とを用意するものとしているが，これらの基本基板５４，５９の全長即ちこれらに具備させるべき電機子コイル及ひ駆動回路の数についてはその設定を適宜変え得ることは勿論である。
【００２６】
また，この実施例においては，基本基板５４，５９に設けられた区割部３５，６０のうち１以上を分割し，区割部３５，６０を未分割の基本基板５４，５９に継ぎ足すことによりコイル基板２０及び回路基板３０を構成しているが，製作すべき駆動ユニットの作動ストロークが基本基板５４，５９の全長よりも短い場合は，各基本基板５４，５９に設けられた各区割部３５，６０のうち１以上を必要に応じて切除すればよい。
【００２７】
図６及び図８に示すように，ベッド１及びコイルヨーク３を介して互いに離間して配置されたコイル基板２０及び回路基板３０は，該両基板の相互対向面側に設けられた複数（この場合１６個ずつ）の接続手段としての雌雄両コネクタ６３及び６４同士を接続させることにより接続される。コネクタ６３，６４は，前述のように単位化された２つずつの電機子コイル２２及び駆動回路が夫々設けられた各区割部３５及び６０の各々に対して１つずつ配置されており，図６に示すように，ベッド１及びコイルヨーク３に形成された開口部１ｅ及び３ｅを通じて相互に接続される。このように，コイル基板２０及び回路基板３０の各区割部３５，６０について，１つずつのコネクタ６３，６４を設けたので，両区割部３５，６０同士を互いに組み付ける際に，両者の方向性を迅速且つ容易に認識することができ，作業が容易となる。また，両区割部３５，６０同士の接続については，上記のように，コネクタによらず，導電線によってもよい。また，設けるコネクタの数は，上記のように，各区割部３５，６０について１つのみ設ける他，２つずつ以上設けることとしてもよい。
【００２８】
一方，リニア直流モータの二次側に関しては，下記のように構成されている。図４及び図６に示すように，二次側は，テーブル２の下面側に固着されたマグネットヨーク６８と，一次側の電機子コイル２２の各々と対向すべくマグネットヨーク６８の下面に固設された界磁マグネット６９とを有している。図９に示すように，界磁マグネット６９は，全体として略矩形板状に形成され，一次側及び二次側の相対移動がなされる方向Ａ，即ちべッド１の長手方向に沿ってＮ及びＳの磁極が複数，例えば，５極が交互に並ぶように着磁されている。
【００２９】
駆動ユニット１０５については，ベッド１及びテーブル２の相対位置を検知するための位置検知手段として，下記の構成のものが設けられている。位置検知手段は，図４乃至図６に示すリニア磁気スケール７１と，図６に示す磁気センサ部７２とから成る。リニア磁気スケール７１は，テーブル２の移動方向に延在せられ，その長手方向に沿ってＮ，Ｓの磁極が交互に微細ピッチで多極着磁されると共に，一端に原点信号着磁部が形成されている。磁気センサ部７２には，原点検出用のホール効果素子を設けると共に，Ａ相及びＢ相の他の２つのホール効果素子を互いに上記ピッチの２分の１だけずらせて配置している。かかる構成により，Ａ相，Ｂ相の信号が得られ，相対位置の検知と共に移動方向の判別ができる。また，図４乃至図６に示すように，磁気センサ部７２から信号の取出しをなすためのケーブルとしてのフレキシブル基板７４と，フレキシブル基板７４を覆うカバー７５とが設けられている。
【００３０】
駆動ユニット１０５については，各電機子コイル２２に所定の励磁電流を供給することにより，リニア直流モータの一次側及び二次側の両者間にフレミングの左手の法則に基づく推力が生じ，ベッド１を固定側として，二次側と一体のテーブル２が上記推力によって移動する。上述した位置検知手段により，ベッド１に対するテーブル２の位置が検知される。
【００３１】
駆動ユニットｌ０５は，ベッド１０１の上面側及び移動テーブル１０２の下面側に夫々２つずつ設けられ，上下で背反し，かつ直交する状態となされている。上下２つずつの駆動ユニット１０５が各々２つずつ具備したテーブル２が，上下駆動ユニットの相互交差部間に位置し，上下のテーブル２同士が互いに結合されている。テーブル２同士の結合により構成される可動部が摺動台として作用する。即ち，図１乃至図３から明らかなように，摺動台としての可動部は４箇所に位置する。上記可動部は，詳しくは，互いに結合された上下２つのテーブル２と，両テーブル２の各々に取り付けられたスライドメンバー１０とから成る。即ち，４つの摺動台の上下側に駆動ユニット１０５がそれぞれ配設されている。
【００３２】
ところで，駆動ユニット１０５は，上下に夫々２つずつ，合計４つ設けられており，これらの４つの駆動ユニット１０５は平行な２本ずつのトラックレール７を一組として具備している。これらのトラックレール７に関し，下側即ちベッド１０１の上面側に設けられた２つの駆動ユニット１０５が夫々２本一組として備えたトラックレール７について，これを第１のトラックレールと定義し，上側即ち移動テーブル１０２の下面側に設けられた他の２つの駆動ユニット１０５が各々２本一組として具備したトラックレール７を第２のトラックレールと定義する。但し，これとは逆に，上側の駆動ユニット１０５のトラックレール７を第ｌのトラックレールとし，下側の駆動ユニット１０５のトラックレール７を第２のトラックレールと定義してもよいことは勿論である。
【００３３】
第ｌのトラックレールと，第２のトラックレールと，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部間に配設されて第ｌ及び第２のトラックレールに対して相対運動自在な摺動台としての４つの可動部とによって，移動テーブル１０２を固定側であるベッド１０１に対して二次元的に相対移動自在に案内する案内手段が構成されている。また，リニア直流モータは，４つの駆動ユニット１０５をそれぞれ備えている。即ち，リニア直流モータは４つ設けられ，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して配設されている。これらのリニア直流モータは，移動テーブル１０２を二次元的に移動させるべく駆動する駆動手段を構成している。
【００３４】
このＸＹ駆動装置は，移動テーブル１０２を移動させる駆動手段として，扁平に構成されるリニア直流モータが採用されている。従って，このＸＹ駆動装置が薄型となり，このＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の装置を小型化することに寄与するものである。また，このＸＹ駆動装置は，リニア直流モータを用いたことによって，リニア直流モータの作動速度が移動テーブル１０２の作動速度となり，極めて高速にて作業を行うことができる。
【００３５】
また，このＸＹ駆動装置は，移動テーブル１０２を二次元的な案内をなす案内手段について，２本を一組として二組がベッド１０１及び移動テーブル１０２のいずれか一方に互いに平行に固着された第１のトラックレールと，２本を一組として二組が第ｌのトラックレールと交差して互いに平行に配置され且つ一方に対する他方に固着された第２のトラックレールと，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部問に配設されて，第ｌのトラックレール及び第２のトラックレールに対して相対連動自在な４つの摺動台としての可動部（上下のテーブル２同士を結合することにより構成される）とを有するように構成されている。リニア直流モータは，第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して配設されている。移動テーブルｌ０２の両側に位置する可動部同士が，該可動部各々に個別に対応して設けられたリニア直流モータ各々の同期的作動によって駆動されるので，トラックレールとの間に生ずる摺動抵抗等に起因する相互の移動距離のずれを生ずることがなく，移動テーブルｌ０２のねじれが防止されて高精度な位置決めを行うことができる。
【００３６】
また，図６から明らかなように，このＸＹ駆動装置については，リニア直流モータが具備する電機子コイル２２群が，トラックレール７同士の間に挿通されるように配置されている。即ち，トラックレール７を設けたことにより生ずるデッドスペースを，電機子コイル２２の設置スペースとして活用しているのであり，その結果，装置の更なる薄型化が達成されている。
【００３７】
このＸＹ駆動装置は，更に，下記の構成を採用している。このＸＹ駆動装置は，組毎の第ｌのトラックレール又は第２のトラックレールと，摺動台としての上記可動部のうち，トラックレールに対して相対運動自在に係合する部位（１つのテーブル２とこれに装着されたスライドメンバー１０とからなる）とが，リニア直流モータと共に駆動ユニット１０５としてユニット化されており，このため，部品管理や組立てが容易になっている。
【００３８】
また，上記実施例では，上下に配設された駆動ユニット１０５が各々具備するテーブル２同士を上下で結合することによって摺動台としての可動部を構成してたものについて説明したが，上下の各テーブル２及びその各々に装着されたスライドメンバーｌ０を全体的に一体としてもよい。或いは，上記実施例では，ベッド１０１を固定側とし，移動テーブルｌ０２を可動側として作動させているが，逆に，移動テーブル１０２を固定側として，ベッド１０１を可動側として作動させてもよいし，両者を共に可動として相対的に作動させてもよいことは勿論である。又は，上記実施例では，電機子コイル２２側を固定側として構成し，界磁マグネット６９側を移動側として構成した可動マグネット型リニア直流モータについて説明したが，電機子コイル側を移動側として構成し，界磁マグネット側を固定側として構成した可動コイル型リニア直流モータに構成することもできることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によるＸＹ駆動装置は，上記のように構成されており，作業用として利用できる開口部を有する相対移動部材を移動させる駆動手段として，扁平に構成できるリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータを採用することにより装置自体を薄型に構成し，このＸＹ駆動装置が組み込まれるべき工作機械等の機械装置を小型化にすることに寄与できるように構成できる。即ち，電機子コイル群及び界磁マグネットが，第ｌのトラックレール同士の間，又は第２のトラックレール同士の間に挿通されるように配置され，トラックレールを設けたことにより生ずるデッドスペースを電機子コイル又は界磁マグネットの設置スペースとして活用できるので，装置自体を更なる薄型化に構成することができる。更に，このＸＹ駆動装置は，駆動手段としてリニア直流モータを用いることによって，リニア直流モータ自体の作動速度が相対移動部材の作動速度となり，極めて高速にて作業を行うことができ，相対移動部材の高速化を達成できる。
【００４０】
特に，このＸＹ駆動装置は，相対移動部材を二次元的に案内する案内手段が２本を一組として二組が相対移動部材のいずれか一方に互いに平行に固着された第ｌのトラックレールと，２本を一組として二組が該第１のトラックレールと交差して互いに平行に配置され且つ上記一方に対する他方の相対移動部材に固着された第２のトラックレールと，該第１のトラックレール及び第２のトラックレールの相互交差部間に配設されて該第１のトラックレール及び第２のトラックレールに対して相対運動自在な４つの摺動台とを有し，また，リニア直流モータが第１のトラックレール及び第２のトラックレールの組毎に個別に対応して４つ配設されているので，相対移動部材の開口部の両側に位置する２つの摺動台同士が，該摺動台に個別に対応してそれぞれ設けられたリニア直流モータが同期的な作動によって駆動されるので，摺動抵抗等に起因する相互の移動距離のずれを生ずることがなく，相対移動部材のねじれが防止されて高精度な位置決めを行うことができる。
【００４１】
更に，このＸＹ駆動装置は，組毎の第１のトラックレール又は第２のトラックレールと，摺動台のうち，トラックレールに対して相対運動自在に係合する部位とが，リニア電磁アクチュエータと共に駆動ユニットとしてユニット化されているので，ＸＹ駆動装置の部品管理や組立てが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＸＹ駆動装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１のＸＹ駆動装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視におけるＸＹ駆動装置を示す正面図である。
【図４】図ｌのＸＹ駆勤装置が具備する駆動ユニットとその周辺の部材とを示す一部断面を含む斜視図である。
【図５】図４の駆動ユニットを示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視における駆動ユニット及びその周辺の部材を示す一部断面を含む側面図である。
【図７】図４の駆動ユニットが具備するトラックレール及びスライドメンバーを示す一部断面を含む斜視図である。
【図８】図４の駆動ユニットが具備するリニア直流モータの要部を示す一部断面を含む拡散分解斜視図である。
【図９】図４の駆動ユニットが具備するリニア直流モータの二次側の構成部材である界磁マグネットを示す斜視図である。
【図１０】 従来のＸＹ駆動装置を示す一部断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
１ ベッド
２ テーブル
３ コイルヨーク
７ トラックレール
１０ スライドメンバー
２０ コイル基板
２２ 電機子コイル
３０ 回路基板
４３ ホール効果素子
６８ マグネットヨーク
６９ 界磁マグネット
７１ リニア電磁スケール
７２ 磁気センサ部
１０１ ベッド（相対移動部材）
１０２ 移動テーブル（相対移動部材）
１０５ 駆動ユニット
Claims (1)
- 中央に矩形状の開口部が形成された略平板状でなる一対の相対移動部材と，前記相対移動部材双方を二次元的に相対移動自在に案内する案内手段と，各々の前記相対移動部材を互いに相対駆動させる駆動手段とを備え，
前記案内手段は，前記相対移動部材の互いに対向する一方の面に一方向であるＹ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなる第１のトラックレールと，前記相対移動部材の前記一方の面に対向する他方の面に前記Ｙ方向に直交してなる他方向でなるＸ方向に互いに並列で平行に長手状でなる２本一組が前記開口部を挟んで互いに平行に固着された二組からなり且つ前記第１のトラックレールと重なり合って前記開口部が互いに対向状態になる第２のトラックレールと，前記第１のトラックレールと前記第２のトラックレールとが重なり合った四箇所の相互交差部間にそれぞれ配設され且つ対向する前記第１のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架するとともに直交して対向する前記第２のトラックレールの前記２本一組に転動体を介して跨架してそれぞれに相対運動自在な４つの摺動台とから成り，
前記駆動手段は，扁平にして略矩形環状に巻回された電機子コイル群を含む一次側と，前記一次側に対する相対運動方向に沿って異なる磁極が交互に配設着磁され且つ前記電機子コイル群に対向して配置された略矩形板状でなる界磁マグネットを有する二次側とで構成されるリニア電磁アクチュエータであるリニア直流モータから成り，且つ前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか一方が前記第１のトラックレールの前記２本一組及び前記第２のトラックレールの前記２本一組のトラックレール同士間にそれぞれ配設され，且つ前記一方に対向する前記電機子コイル群及び前記界磁マグネットのいずれか他方がそれぞれの前記４つの摺動台の上下側にそれぞれ配設されて構成され，前記４つの摺動台の同期駆動によって前記相対移動部材を互いに前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向に相対駆動されることから成るＸＹ駆動装置。
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