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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearmotor-Stellglied, das eine Translationsbewegung eines zu transportierenden und auf einer Tischplatte montierten Objekts vorsieht, um das zu transportierende Objekt zu positionieren.
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Stand der Technik
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In einer Werksautomatisierungsvorrichtung wie etwa einem XY-Tisch und einer Artikeltransportvorrichtung wird häufig ein so genanntes Linearmotor-Stellglied verwendet, das einen Artikel, ein Glied oder ähnliches linear mittels eines Linearmotors bewegt. Dieser Typ von Linearmotor-Stellglied umfasst allgemein: eine Basisplatte für die Fixierung an einer anderen mechanischen Vorrichtung; eine Tischplatte, auf der ein bewegliches Glied wie etwa ein Artikel, der als Transportziel dient, montiert ist und die sich über der Basisplatte bewegt; eine Vielzahl von Linearführungen zum Führen der Tischplatte, sodass sich die Tischplatte linear und frei in Bezug auf die Basisplatte hin und her bewegt; einen Linearmotor zum Vorsehen einer Schubkraft für die Tischplatte; und einen Linearcodierer zum Erfassen der Position der Tischplatte. Durch eine Steuerung des Linearmotors in Übereinstimmung mit einem Erfassungswert des Linearcodierers kann die Tischplatte über eine beliebige Strecke mit einer hohen Genauigkeit bewegt werden (
JP 2005-79496 A ).
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Weiterhin umfasst jede der Linearführungen eine Spurschiene und einen Bewegungsblock, der über eine große Anzahl von Kugeln an der Spurschiene montiert ist. Wenn die Tischplatte durch die Basisplatte gehalten wird, wird zum Beispiel ein Paar von Linearführungen verwendet, wobei die Spurschiene jeder Linearführung auf die Basisplatte gelegt ist, während der Bewegungsblock an der Tischplatte fixiert ist. Der Bewegungsblock ist über eine große Anzahl von Rollgliedern an der Spurschiene montiert, sodass der Bewegungsblock in Bezug auf die Spurschiene in anderen Richtungen als der Bewegungsrichtung beschränkt wird. Wenn also eine derartige Linearführung verwendet wird, um die Hin- und Herbewegung der Tischplatte zu halten, kann das an der Tischplatte montierte bewegliche Glied mit einer guten Genauigkeit geführt werden.
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Weiterhin enthält der Linearmotor eine Magneteinheit, in der magnetische Nord- und Südpole alternierend entlang eines Bewegungspfads der Tischplatte angeordnet sind, und eine Spuleneinheit, die gegenüber der Magneteinheit mit dazwischen einem kleinen Zwischenraum angeordnet ist, um ein sich verschiebendes Magnetfeld in Übereinstimmung mit einer Stromversorgung zu erzeugen. Die Magneteinheit oder die Spuleneinheit ist auf der Basisplatte für eine Verwendung angeordnet, während die jeweils andere Einheit auf der Tischplatte für eine Verwendung angeordnet ist.
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Die Spuleneinheit kann an der Basisplatte oder der Tischplatte vorgesehen sein. Wenn die Spuleneinheit jedoch an der Tischplatte angeordnet ist und die Magneteinheit an der Basisplatte angeordnet ist, wirkt die Magnetkraft der an der Basisplatte angeordneten Magneteinheit auf das vordere Ende und das hintere Ende der gegenüberliegenden Tischplatte. Wenn sich also die Tischplatte über der Basisplatte bewegt, wird eine Variation in der Schubkraft in Entsprechung zu dem Anordnungsabstand der Magnetpole der Magneteinheit, d. h. eine Rasterscheinung, erzeugt. Deshalb ergibt sich das Problem, das sich die Tischplatte nicht glatt bewegen lässt, wobei die Rasterscheinung bei einem dünnen Linearmotor-Stellglied, in dem die Basisplatte und die Tischplatte eng nebeneinander angeordnet sind, besonders stark ausgeprägt ist.
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Um also die Erzeugung der Rasterscheinung möglichst zu vermeiden und eine glatte Bewegung der Tischplatte zu ermöglichen, ist es besser, wenn ein dünnes Linearmotor-Stellglied einen Aufbau aufweist, in dem die Magneteinheit auf der Tischplatte angeordnet ist, während die Spuleneinheit auf der Basisplatte angeordnet ist.
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Wenn dagegen das Linearmotor-Stellglied einen wie weiter oben beschriebenen Aufbau aufweist, erzeugt die den Linearmotor bildende Spuleneinheit eine Wärme während der Stromversorgung, wobei die durch die Spuleneinheit erzeugte Wärme zu der Basisplatte und der Tischplatte geleitet wird und deshalb die Temperaturen der Basisplatte und der Tischplatte während des Betriebs zu einer Erhöhung neigen. Auch wenn die Spuleneinheit wie oben beschrieben auf der Basisplatte angeordnet ist, erhöht sich die Temperatur der Spuleneinheit während des kontinuierlichen Nennbetriebs des Linearmotor-Stellglieds auf ungefähr 70 biss 90°C. Deshalb tritt eine Wärmeleitung von der Spuleneinheit zu der Tischplatte aufgrund einer Luftkonvektion auf, sodass sich auch die Temperatur der Tischplatte, die nicht in einen direkten Kontakt mit der Spuleneinheit gebracht wird, erhöht. Insbesondere ist bei einem dünnen Linearmotor-Stellglied, in dem die Basisplatte und die Tischplatte eng nebeneinander angeordnet sind, der Zwischenraum zwischen der Tischplatte und der Basisplatte extrem klein, sodass sich die Temperatur der Tischplatte beträchtlich erhöht.
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Auch wenn sich die Temperatur in der Basisplatte und in der Tischplatte aufgrund der durch die Spuleneinheit erzeugten Wärme erhöht, besteht eine Differenz zwischen den Temperaturen, bei denen diese Platten einen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen, sodass sich die Wärmeausdehnungsgrößen der Basisplatte und der Tischplatte voneinander während des kontinuierlichen Nennbetriebs des Linearmotor-Stellglieds unterscheiden. Wenn also die Vielzahl von Linearführungen parallel zueinander angeordnet sind, um die Tischplatte zu halten, ergeben sich die Probleme, dass der Bewegungsblock in Bezug auf die Spurschiene versetzt werden kann, die Rollglieder zwischen dem Bewegungsblock und der Spurschiene übermäßig komprimiert werden können, sich der Bewegungswiderstand der Tischplatte in Bezug auf die Basisplatte unbeabsichtigt erhöhen kann und außerdem die Linearführung frühzeitig verschleißen kann.
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Es ist zu beachten, dass derartige Probleme auftreten, wenn ein Material mit einer hohen Steifigkeit wie etwa Eisen (z. B. SS400) für die Basisplatte und die Tischplatte verwendet wird. Wenn ein weiches Material wie etwa Aluminium verwendet wird, treten die Probleme nicht auf, wenn die Basisplatte und die Tischplatte eine hohle, extrudierte Form aufweisen. Der Grund hierfür ist, dass die Basisplatte oder die Tischplatte verformt werden, um die auf die Rollglieder der Linearführung wirkende Last im Wesentlichen zu reduzieren. Bei einem derartigen Linearmotor-Stellglied ergibt sich jedoch das Problem, dass die Bewegungsgenauigkeit der Tischplatte in Bezug auf die Basisplatte nicht verbessert werden kann.
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In der offen gelegten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-79496 werden zur Beseitigen der durch die Wärmeerzeugung der Spuleneinheit verursachten Probleme eine Radiatorplatte oder Radiatorrippen an der Tischplatte mit der darauf angeordneten Spuleneinheit montiert, um eine Temperaturerhöhung der Tischplatte zu unterdrücken.
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Dokument aus dem Stand der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2005-79496 A
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Offenbarung der Erfindung
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Problemstellung der Erfindung
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Wenn jedoch eine aktive Kühleinrichtung wie etwa die Radiatorplatte oder die Radiatorrippen vorgesehen ist, ist die Größe des Linearmotor-Stellglieds entsprechend größer, was ungünstig ist, wenn die Größe des Linearmotor-Stellglieds verkleinert werden soll. Weiterhin wird in dem Linearmotor-Stellglied die Spuleneinheit auch dann mit Strom versorgt, wenn die Tischplatte an einer bestimmten Position über der Basisplatte kontinuierlich gestoppt ist oder eine Schubkraft erzeugt wird, um eine Operation zum Drücken eines Werkstücks auf der Tischplatte gegen ein anderes Glied durchgeführt wird, sodass in einem Nutzungsmodus, in dem die Stoppzeitperiode der Tischplatte länger als die Laufzeitperiode derselben ist, die oben beschriebene Kühleinrichtung eine schlechte Wirkungskraft aufweist.
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Problemlösung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Probleme Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Linearmotor-Stellglied anzugeben, das den auf Linearführungen ausgeübten Einfluss einer durch eine Spuleneinheit erzeugten Wärme beseitigt, eine Bewegungsgenauigkeit und Positionierungsgenauigkeit einer durch die Linearführungen gehaltenen Tischplatte ausreichend sicherstellt und außerdem die Genauigkeiten über eine lange Zeitdauer hinweg aufrechterhält.
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Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Linearmotor-Stellglied angegeben, das umfasst: eine Basisplatte für die Fixierung an einer anderen mechanischen Vorrichtung; eine Vielzahl von Linearführungen, die parallel zueinander auf der Basisplatte angeordnet sind; eine Tischplatte, die durch die Vielzahl von Linearführungen gehalten wird und sich frei über der Tischplatte hin und her bewegt; eine Magneteinheit, die auf der Tischplatte vorgesehen ist; und eine Spuleneinheit, die derart auf der Basisplatte vorgesehen ist, dass sie der Magneteinheit gegenüberliegt, um einen Linearmotor zu bilden; wobei jede aus der Vielzahl von Linearführungen umfasst: eine Spurschiene mit einer darin entlang einer Längsrichtung ausgebildeten Rollkontaktfläche für eine große Anzahl von Rollgliedern; und einen Bewegungsblock, der über die große Anzahl von Rollgliedern an der Spurschiene montiert ist, um sich entlang der Spurschiene zu bewegen. Weiterhin sind die Basisplatte und die Tischplatte jeweils aus einem Material mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 11 × 10–6 (1/°C) oder weniger ausgebildet, wobei eine Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte und der Tischplatte vorgesehen ist.
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Effekte der Erfindung
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Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Eisen (SS400) beträgt ungefähr 11,5 × 10–6 (1°C). Wenn also ein Material mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 11 × 10–6 (1°C) oder weniger für jeweils die Basisplatte und die Tischplatte gewählt wird, können die Wärmeausdehnungsgrößen der Basisplatte und der Tischplatte unterdrückt werden, sodass die Differenz zwischen den Wärmausdehnungsgrößen der beiden Platten reduziert werden können.
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Und auch wenn die Spuleneinheit auf der Basisplatte angeordnet ist, kann in Abhängigkeit von dem Fixierungsmodus der Basisplatte in Bezug auf die anderen mechanische Vorrichtung sowie von der Größe und dem Material eines an der Tischplatte zu montierenden beweglichen Glieds die Temperatur der Tischplatte höher sein als diejenige der Basisplatte. Deshalb wird eine Differenz zwischen den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Basisplatte und der Tischplatte vorgesehen, um dadurch die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungsgrößen der beiden Platten zu reduzieren.
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Also auch wenn sich die Temperaturen der Basisplatte und der Tischplatte aufgrund des kontinuierlichen Betriebs des Linearmotor-Stellglieds erhöhen und einen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungsgrößen der beiden Platten möglichst weit reduziert werden, können die Bewegungsgenauigkeit und die Positionierungsgenauigkeit der durch die Linearführungen gehaltenen Tischplatte ausreichend sichergestellt werden und können die Genauigkeiten über eine lange Zeitdauer hinweg aufrechterhalten werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Linearmotor-Stellglieds zeigt, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Linearführung zeigt, die in der Ausführungsform von 1 verwendet werden kann.
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3 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Distanz zwischen den Spurschienen auf einer Basisplatte und einer Distanz zwischen Bewegungsblöcken auf einer Tischplatte zeigt.
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Ausführungsform der Erfindung
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Im Folgenden wird ein Linearmotor-Stellglied der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform des Linearmotor-Stellglieds zeigt, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist. Ein Linearmotor-Stellglied 1 umfasst: eine Basisplatte 2, die an einem Fixierungsteil eines Gehäuses oder Betts einer mechanischen Vorrichtung zu fixieren ist; zwei Linearführungen 3, die parallel zueinander auf der Basisplatte 2 angeordnet sind; eine Tischplatte 4, die durch die Linearführungen 3 gehalten wird und montiert ist, um frei linear über der Basisplatte 2 hin und her bewegt zu werden; und einen Linearmotor 5 zum Antreiben der Tischplatte 4 in Bezug auf die Basisplatte 2.
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Die Basisplatte 2 ist mit einer rechteckigen Form ausgebildet, und die zwei Linearführungen 3 sind entlang der langen Seite der Basisplatte 2 angeordnet. Die Tischplatte 4 ist derart vorgesehen, dass sie sich zwischen den zwei mit dazwischen einem Abstand zueinander angeordneten Linearführungen 3 erstreckt, wobei ein Abstand zum Anordnen des Linearmotors 5 zwischen der Vorderfläche der Basisplatte 2 und der Rückfläche der Tischplatte 4 vorgesehen ist. Weiterhin ist an der kurzen Seite der Basisplatte 2 eine Stopperplatte 20 zum Verhindern einer Überschreitung der Tischplatte 4 vorgesehen.
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2 ist eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht von vorne und zeigt Details des Aufbaus der Linearführung 3. Die Linearführung 3 umfasst eine Spurschiene 30, die an der Basisplatte 2 fixiert ist, und einen Bewegungsblock 31, der sich entlang der Spurschiene 30 bewegt und an der Tischplatte 4 fixiert ist. Die Spurschiene 30 ist derart ausgebildet, dass ein Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, wobei in einer Seitenfläche entlang der Längsrichtung eine Rollkontaktfläche 33 für Kugeln 32, die als Rollglieder dienen, ausgebildet ist.
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Die Rollkontaktfläche 33 ist derart ausgebildet, dass ein Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung die Form eines gotischen Bogens aufweist, wobei die Kugel 32 an zwei Punkten in Kontakt mit der Rollkontaktfläche 33 gebracht wird. Weiterhin ist in einer Seitenfläche des Bewegungsblocks 31 eine Lastrollkontaktfläche 37 gegenüber der Rollkontaktfläche 33 der Spurschiene 30 ausgebildet. Die große Anzahl von Kugeln 32 rollen zwischen der Rollkontaktfläche 33 der Spurschiene 30 und der Lastrollkontaktfläche 37 des Bewegungsblocks 31 unter Ausübung einer Last. Die Lastrollkontaktfläche 37 ist auch derart ausgebildet, dass ein Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung die Form eines gotischen Bogens aufweist, wobei die Kugel 32 an zwei Punkten in einen Kontakt mit der Lastrollkontaktfläche 37 gebracht wird. Weiterhin ist in dem Bewegungsblock 31 ein endloser Zirkulationspfad für die Zirkulation der bis zum Ende auf der Lastrollkontaktfläche 37 gerollten Kugeln 32 ausgebildet, wobei die Kugeln 32 endlos zirkulieren, sodass der Bewegungsblock 31 kontinuierlich entlang der Spurschiene 30 bewegt werden kann.
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In der Linearführung 3 befindet sich der Bewegungsblock 31 in einem durch die Spurschiene 30 über die Kugeln 32 gehaltenen Zustand und kann sich frei entlang der Spurschiene 30 bewegen und eine in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Spurschiene 30 wirkende Last ausüben.
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Es ist zu beachten, dass der Bewegungsblock 31 mit einer Montagefläche 34 für das Fixieren der Tischplatte 4 versehen ist und die Montagefläche 34 mit Schraubenlöchern 35 versehen ist, in die Schrauben, die sich durch die Tischplatte 4 erstrecken, geschraubt werden. Weiterhin ist die Spurschiene 30 mit Schraubeneinstecklöchern 36 versehen, die mit bestimmten Intervallen in der Längsrichtung angeordnet sind und während der Fixierung an der Basisplatte 2 verwendet werden.
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In der Ausführungsform des Linearmotor-Stellglieds 1 von 1 sind drei Bewegungsblöcke 31 an einer Spurschiene 30 angeordnet, um eine Linearführung 3 zu bilden, wobei sich die Tischplatte 4 über der Basisplatte 2 bewegt, während sie durch sechs Bewegungsblöcke 31 gehalten wird. Es können jedoch Entwurfsänderungen hinsichtlich der Anzahl der Linearführungen 3 für die Anordnung auf der Basisplatte 2 und der Anzahl der Bewegungsblöcke 31 für die Montage an einer Spurschiene 30 in Abhängigkeit von der Größe und dem Gewicht der Tischplatte 4 und der Last eines an der Tischplatte 4 zu montierenden beweglichen Glieds vorgenommen werden. Weiterhin können Rollen anstelle von Kugeln als Rollglieder verwendet werden.
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Weiterhin ist der Linearmotor 5 zwischen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 vorgesehen. Der Linearmotor 5 ist ein synchroner Linearmotor und umfasst eine Spuleneinheit 50, die an der Basisplatte 2 fixiert ist, und eine Magneteinheit 51, die an der Tischplatte 4 fixiert ist. Die Spuleneinheit 50 und die Magneteinheit 51 liegen einander mit dazwischen einem kleinen Zwischenraum gegenüber, wobei der Zwischenraum durch die Funktion der Linearführungen 3 aufrechterhalten wird.
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Die Spuleneinheit 50 umfasst eine Vielzahl von Spulengliedern 52, die entlang der Bewegungsrichtung der Tischplatte 4 angeordnet sind. Die entsprechenden Spulenglieder 52 sind derart vorgesehen, dass sie der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase eines dreiphasigen Wechselstroms entsprechen, wobei die drei Spulenglieder 52 einen Satz zum Erzeugen eines sich verschiebenden Magnetfelds während der Stromversorgung des dreiphasigen Wechselstroms bilden. Die Magneteinheit 51 umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten, die entlang der Bewegungsrichtung der Tischplatte 4 angeordnet sind, wobei die entsprechenden Magneten derart angeordnet sind, dass die Nord- und Südpole alternierend invertiert sind. Wenn also die entsprechenden Spulenglieder 52 der Spuleneinheit 50 mit Strom versorgt werden, erzeugt die Spuleneinheit 50 das sich verschiebende Magnetfeld, wobei auf der Basis dieses sich verschiebenden Magnetfelds eine magnetische Anziehungskraft oder eine magnetische Abstoßungskraft zwischen der Magneteinheit 51 und der Spuleneinheit 50 wirkt. Auf diese Weise kann die Magneteinheit 51 entlang der Anordnungsrichtung der Spulenglieder 52 angetrieben werden.
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Wenn in dem Linearmotor-Stellglied 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau die Spuleneinheit 50 mit Strom versorgt wird und das Linearmotor-Stellglied 1 betrieben wird, erzeugen die entsprechenden Spulenglieder 52 der Spuleneinheit 50 Wärme, wobei die Wärme zu der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 geleitet wird. Deshalb neigen die Temperaturen dieser Platten zu einer Erhöhung.
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Weil die Spuleneinheit 50 eine Wärmeerzeugungsquelle ist, wird der größte Teil der durch die Spuleneinheit 50 erzeugten Wärme zu der Basisplatte 2 geleitet, wenn die Spuleneinheit 50 wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf der Basisplatte 2 angeordnet ist. Die Spuleneinheit 50 und die Magneteinheit 51 sind jedoch nahe zueinander mit dazwischen einem Abstand von mehreren Millimetern angeordnet. Wenn also das Linearmotor-Stellglied 1 kontinuierlich mit der Nennschubkraft betrieben wird, erhitzt sich die Spuleneinheit 50 auf ungefähr 70 bis 90°C. Daraus resultiert, dass die Magneteinheit 51 aufgrund einer Strahlung von der Spuleneinheit 50 und der Luftkonvektion heiß wird und auch die Tischplatte 4, an der die Magneteinheit 51 fixiert ist, heiß wird.
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Wenn das Linearmotor-Stellglied 1 kontinuierlich mit der Nennschubkraft betrieben wird, erhöhen sich die Temperaturen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 nicht unbegrenzt. Nach einer gewissen Temperaturerhöhung wird der thermische Gleichgewichtszustand erreicht, wobei die Temperatur eine gesättigte Temperatur wird, bei der auch bei einem fortgesetzten Betrieb keine weitere Temperaturerhöhung zu beobachten ist. Wenn jedoch die Basisplatte 2 und die Tischplatte 4 miteinander verglichen werden, wird eine Differenz in dieser gesättigten Temperatur erzeugt.
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Wenn eine Differenz zwischen den gesättigten Temperaturen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 erzeugt wird, wird aufgrund der Wärmeausdehnung in den Platten 2 und 4 auf der Basis der Temperatur eine Differenz zwischen den Wärmeausdehnungsgrößen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 erzeugt. Daraus resultiert, dass wie in 3 gezeigt eine Differenz zwischen einer Distanz LB zwischen dem an der Basisplatte 2 fixierten Paar von Spurschienen 30 und der Distanz LT zwischen den an den Spurschienen 30 montierten Bewegungsblöcken 31 erzeugt. In einer Seitenfläche der Spurschiene 30 werden die Kugeln 32 zwischen der Spurschiene 30 und dem Bewegungsblock 31 komprimiert, während in der anderen Seitenfläche der Spurschiene 30 ein Zwischenraum zwischen der Kugel 32 und der Spurschiene 30 oder dem Bewegungsblock 31 erzeugt wird.
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Wenn zum Beispiel das Material für die Basisplatte 2 und das Material für die Tischplatte 4 gleich sind und während des Betriebs die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 höher ist als diejenige der Tischplatte 4 erhöhen sich auch dann, wen die Distanz LB zwischen dem Paar von Spurschienen 30 gleich der Distanz LT zwischen den an den Spurschienen 30 montierten Bewegungsblöcken 31 in einem Zustand vor dem Betriebsstart ist, die Temperaturen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 nahe zu der gesättigten Temperatur, wenn der Betrieb gestartet wird, sodass die Distanz LB größer als die Distanz LT wird. Deshalb werden in 3 die Kugeln 32a an der Außenfläche der Spurschiene 30 zwischen der Spurschiene 30 und dem Bewegungsblock 31 komprimiert, sodass eine so genannte Vorlast auf die Kugeln 32a ausgeübt wird.
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Wenn sich jedoch die Differenz zwischen der Distanz LB und der Distanz LT zu weit vergrößert, werden die Kugeln 32a übermäßig gegen die Linearführung 3 über den angemessenen Vorlastbereich hinaus komprimiert, wodurch Eindrücke auf der Rollkontaktfläche 33 der Spurschiene 30 und der Lastrollkontaktfläche des Bewegungsblocks 31 erzeugt werden oder ein ungleichmäßiger Verschleiß in den Kugeln 32a auftritt. Es besteht also die Gefahr, dass die Lebensdauer der Linearführung 3 verkürzt wird.
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Um derartige Probleme zu vermeiden, muss ein Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten für die Basisplatte 2 und für die Tischplatte 4 gewählt werden. Wenn nämlich ein Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten gewählt wird, kann die Wärmeausdehnungsgröße der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 unterdrückt werden. Insbesondere ist die Wahl eines Materials mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 11 × 10–6 (1/°C) oder weniger effektiv.
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Beispiele für ein Strukturmaterial, das für die Basisplatte 2 oder die Tischplatte 4 geeignet ist und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 11 × 10–6 (1/°C) oder weniger aufweist, sind Keramiken und ein Gussmetall mit einer niedrigen Wärmeausdehnung. Keramiken erweisen sich jedoch als problematisch, wenn Elemente wie etwa die Spurschiene 30 und der Bewegungsblock 31 daran montiert werden, und führen zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Deshalb ist ein Gussmetall mit einer niedrigen Wärmeausdehnung vorzuziehen. Auf dem Markt erhältliche Gussmetalle mit einer geringen Wärmeausdehnung sind etwa ein Gussmetall mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 7,5 × 10–6 (1/°C) (hergestellt von Nippon Chuzo Co. Ltd./Produktbezeichnung: LEX-75) oder ein anderes Gussmetall mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr 0,8 × 10–6 (1/°C) (hergestellt von Nippon Chuzo Co. Ltd./Produktbezeichnung: LEX-SF1).
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Um weiterhin die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungsgrößen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 zu reduzieren, ist das Vorsehen einer Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 effektiv. Ob der lineare Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte 2 oder derjenige der Basisplatte 4 kleiner gesetzt werden soll, hängt von der Beziehung zwischen den Höhen der gesättigten Temperaturen der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 ab. Wenn die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 höher ist als diejenige der Tischplatte 4, wird der lineare Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte 2 kleiner gesetzt als derjenige der Tischplatte 4, während in der umgekehrten Situation der lineare Ausdehnungskoeffizient der Tischplatte 4 kleiner gesetzt wird als derjenige der Basisplatte 2.
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Die als Wärmeerzeugungsquelle dienende Spuleneinheit 50 ist an der Basisplatte 2 fixiert. Wenn also die Basisplatte 2 und die Tischplatte 4 miteinander verglichen werden, ist die zu der Basisplatte 2 geleitete Wärmeenergiemenge größer als die zu der Tischplatte 4 geleitete Wärmeenergiemenge. Wenn man also das Linearmotor-Stellglied 1 als ein unabhängiges System betrachtet, wird die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 höher als diejenige der Tischplatte 4. Als ein Beispiel für die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 wird der lineare Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte 2 auf 0,8 × 10–6 (1/°C) gesetzt und wird der lineare Ausdehnungskoeffizient der Tischplatte 4 auf 2,5 × 10–6 (1/°C) gesetzt.
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Weiterhin wird die Basisplatte 2 verwendet, indem sie an einer anderen mechanischen Vorrichtung (nachfolgend als „Montagezielglied” bezeichnet) fixiert wird. Wenn also die Basisplatte 2 durch die Wärme aus der Spuleneinheit 50 erhitzt wird, wird ein Temperaturgradient zwischen der Basisplatte 2 und dem Montagezielglied erzeugt, wobei die durch die Spuleneinheit 50 erzeugte Wärme von der Basisplatte 2 zu dem Montagezielglied geleitet wird. Also auch wenn die Spuleneinheit 50 an der Basisplatte 2 fixiert ist, neigt die gesättigte Temperatur der Tischplatte 4 dazu höher zu sein als diejenige der Basisplatte, außer wenn die Wärmeleitfähigkeit der Basisplatte 2 extrem klein ist oder eine Wärmeisolationsschicht zwischen der Basisplatte 2 und dem Montagezielglied vorgesehen ist.
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Wenn die Wärmeleitfähigkeit der Basisplatte 2 extrem klein gesetzt ist oder eine Wärmeisolationsschicht zwischen der Basisplatte 2 und dem Montagezielglied vorgesehen ist, kann sich die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 in die Nähe von 100°C erhöhen, wodurch die Gefahr von Unfällen wie etwa Verbrennungen entsteht. Außerdem muss ein Material mit einer hohen Hitzebeständigkeit für das Glied zum Ausbilden der Spuleneinheit 50 verwendet werden. Wenn also tatsächlich das Linearmotor-Stellglied 1 verwendet wird, sind das Vorsehen einer extrem kleinen Wärmeleitfähigkeit für die Basisplatte 2 oder einer Wärmeisolationsschicht zwischen der Basisplatte 2 und dem Montagezielglied als speziell Nutzungsbeispiele zu betrachten. In den meisten Fällen ist auch dann, wenn die Spuleneinheit 50 an der Basisplatte 2 vorgesehen ist, die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 niedriger als diejenige der Tischplatte 4.
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Wenn also die Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte 2 und der Tischplatte 4 gewählt wird, ist es effektiv, den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Tischplatte kleiner als den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte mit der dran vorgesehenen Spuleneinheit zu wählen. Als Beispiel für die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Basisplatte 2 und der Tischpatte 4 kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte 2 auf 2,5 × 10–6 (1/°C) gesetzt werden und kann der lineare Ausdehnungskoeffizient der Tischplatte 4 auf 0,8 × 10–6 (1/°C) gesetzt werden.
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Das Linearmotor-Stellglied 1 wurde montiert, und der Linearmotor 5 wurde kontinuierlich mit der Nennschubkraft betrieben. Die Temperaturen der Basisplatte 2, der Tischplatte 4 und der Spuleneinheit 50 wurden gemessen. Die gesättigte Temperatur der Spuleneinheit 50 erreichte 75°C, die gesättigte Temperatur der Basisplatte 2 betrug zu diesem Zeitpunkt ungefähr 45°C und die gesättigte Temperatur der Tischplatte 4 betrug zu diesem Zeitpunkt ungefähr 60°C.
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Wenn also die für die Basisplatte und die Tischplatte verwendeten Materialien jeweils einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 11 × 10–6 (1/°C) oder weniger aufweisen und der lineare Ausdehnungskoeffizient der Tischplatte kleiner gewählt ist als derjenige der Basisplatte können die Wärmeausdehnungsgrößen der Basisplatte und der Tischplatte auf kleiner Werte unterdrückt werden, kann die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungsgrößen beider Platten auf einige zehn μm reduziert werden und kann die Ausübung einer übermäßigen Vorlast auf die Kugeln der Linearführung verhindert werden. Dementsprechend kann das Linearstellglied dieser Ausführungsform die Bewegungsgenauigkeit und Positionierungsgenauigkeit der durch die Linearführungen gehaltenen Tischplatte ausreichend sichergestellt werden und können die Genauigkeiten über eine lange Zeitdauer hinweg aufrechterhalten werden.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein einachsiges Linearmotor-Stellglied wie in der Ausführungsform beschrieben beschränkt, sondern kann auch auf einen XY-Tisch angewendet werden, in dem zwei einachsige Linearmotor-Stellglieder in zwei Stufen angeordnet sind. Und wenn die vorliegende Erfindung auf den XY-Tisch angewendet wird, kann die vorliegende Erfindung sowohl auf die X-Achse als auch auf die Y-Achse oder nur auf die X-Achse oder die Y-Achse angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-79496 A [0002]
- JP 2005-79496 [0010]
