JP2001352744A - 可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スライダのベッドに対する高速作
動性、応答性を更に向上して、テーブルのベッドに対す
る位置決めを一層高精度化することが可能な可動マグネ
ット型リニアモータを内蔵したスライダ装置を提供す
る。 【解決手段】 スライド装置１の電機子組立体１０への
通電を３相通電方式とすることで、駆動回路をスライド
装置１の内部から外部のドライバ側に移設し、ベッド２
の構造を簡単化し、高さＨを低くできる。界磁マグネッ
ト１３として希土類磁石（ネオジウム磁石）を用いてい
るので磁束密度が高まり、テーブル３に高推力が得られ
る。テーブル３の位置を検出するエンコーダを光学式リ
ニアスケール１５を有する光学式エンコーダ１４とする
ことで、検出精度が向上される。検出用ケーブルが固定
側であるので、低発塵でありクリーンな環境に適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体・液晶関
連装置、測定器、組立機、工作機械、産業用ロボット、
又は搬送機等の機器に使用され、励磁コイルをベッドの
ような固定子側に配設し、マグネットをテーブルのよう
な可動子側に配設した可動マグネット型リニアモータを
内蔵したスライド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば、上記各技術分野における
Ｘ−Ｙ等多軸ステージや運動機構部において、ワーク、
工具、或いは物品や機器を高速で移動させ且つ高精度で
位置決めするため、コンパクトで軽量な構造を有し、高
推力、高速、高応答可能なスライド装置が求められてい
る。スライド装置にはリニアモータが使用されている
が、リニアモータには、ベース部材であるベッドに界磁
マグネットを固定子として設け、且つ所定の電気角だけ
ずらした位相差をもって順次配列された複数個の電機子
コイルをベッドに対して長手方向に摺動自在なテーブル
に可動子として設けた可動コイル型リニアモータと、電
機子コイルをベッドにその長手方向全長に渡って固定子
として配設し、テーブルに永久磁石から成る界磁マグネ
ットを可動子として取り付けた可動マグネット型のリニ
アモータとがある。

【０００３】本出願人は、既に、工作機械や産業用ロボ
ットなどに用いられるスライド装置として、リニア電磁
アクチュエータを駆動源として備え、物体（被駆動体）
を高精度に位置決めする一軸の可動マグネット型リニア
モータを内蔵したスライド装置を開示している（特開平
９−２６６６５９号公報）。このスライド装置は、鋼製
（磁性材料）とされたベッドとテーブルとの間にリニア
電磁アクチュエータが配設され、ベッドとテーブルとの
少なくとも一方がリニア電磁アクチュエータの磁気回路
部分、具体的にはマグネットヨーク及びコイルヨークを
兼用させた構造を備えている。このスライド装置によれ
ば、磁気回路を構成する比較的大きな部材であるヨーク
を別途設ける必要がなく、部品点数を少なくすると共に
安価で小形なスライド装置が実現されている。

【０００４】また、編み機の編み針を往復させる装置と
して好適なリニアモータが特開平８−３２２２３２号公
報に開示されている。この公報に開示されているリニア
モータは、可動コイル型リニアモータを複数内蔵した装
置であり、可動子組立体は、一方の側から他方の側に貫
通する空間部が形成された可動子支持体と、可動子支持
体の一側に接着等で固定された可撓性を有するシート状
部材と、該シート状部材の一方の面に配置され且つ可動
子支持体に形成されている空間部に一部が受け入れられ
た複数（３つ）の励磁コイル（可動子）とから構成され
ている。励磁コイルは、コイルの軸線方向を厚さ方向と
した長円形の平板の形に形成されている。可動子組立体
は、鋼材のような強磁性体からなる固定子支持体と、固
定子支持体に可動子の移動方向に並べて配置された６枚
の永久磁石（固定子）とから構成された一対の対向した
固定子組立体間において、移動自在に構成されている。
励磁コイルが、可動子支持体の空間部に収容されている
ことにより、可動子組立体の厚さ寸法を小さくしてい
る。位置センサは、可動子組立体の移動方向に延びるよ
うに配置された細長い被検知体と、一方の固定子組立体
に配置された感知ヘッドとを有する。

【０００５】更に、コイルごとに半導体整流装置が配設
された可動磁石型直流ブラシレスリニアモータが開示さ
れている（特開平１−２９８９４６号公報）。この公報
には、３相通電方式のリニアモータとして、２組の３相
コイル群を配設した構造のものが開示されている。

【０００６】従来のスライド装置の一例が、図１４及び
図１５に示されている。図１４は従来の可動マグネット
型リニアモータを内蔵するスライド装置の一例を示す平
面図であり、図１５は図１４に示すスライド装置のＢ−
Ｂ断面図である。このスライド装置は、前掲の特開平９
−２６６６５９号公報に開示されている小形リニアモー
タテーブル５１を示し、ベッド５２及びテーブル５３を
鋼製（磁性材料）にして磁気回路部分（マグネットヨー
ク及びコイルヨーク）を兼用させて小形なリニアモータ
テーブル５１を実現している。リニアモータテーブル５
１は、固定側とされる長手のベッド５２と、直動案内ユ
ニット５４によってベッド５２の長手方向で直線的に往
復動するように設けられたテーブル５３とを有してい
る。直動案内ユニット５４は、ベッド５２に並列に取り
付けられた２本の軌道レール５５と、テーブル５３に取
り付けられ且つ各軌道レール５５についてスライド可能
な都合４つのスライダ５６によって構成されている。直
動案内ユニット５４は、軌道レール５５の長手方向側面
に形成された軌道溝とスライダ５６に形成された軌道溝
とが対向して負荷軌道路を形成しており、負荷軌道路を
転動体であるボールが転走することによってスライダ５
６が軌道レール５５上をスムーズに案内する従来公知の
ものであってよく、これ以上の詳細な説明を省略する。
テーブル５３の上面には、ワーク取付け用の複数のねじ
孔５８が形成されている。

【０００７】ベッド５２の長手方向両端部にはエンドブ
ロック６１及びコネクタブロック６２が設けられてお
り、それぞれ、取付けボルト６３，６４によってベッド
５２に取り付けられていて、テーブル５３の作動ストロ
ークを大きく逸脱することがないようにテーブル５３の
移動を規制している。ベッド５２には、複数箇所におい
て取付け孔６５が形成されており、取付け孔６５に挿通
され且つ作業台等に係合される取付けボルト６６によっ
て、ベッド５２が作業台等に取り付けられる。

【０００８】スライド装置５１の一次側を構成する電機
子７０は、コイル基板７１と、コイル基板７１の下面側
にテーブル５３の移動方向に沿って一列に並べて貼着さ
れた８個の電機子コイル７２とを有している。電機子７
０は、ベッド５２の上面側に長手方向に形成されている
凹部７３内に絶縁シート７４を介して配設されている。
コイル基板７１には各電機子コイル７２に関連してホー
ル効果素子７５が設けられており、ホール効果素子７５
は、後述する二次側の界磁マグネット９０が発する磁力
線について界磁マグネット９０の接近時に検出する磁束
検出量に応じた信号を出力する。各電機子コイル７２に
流される電流の給断電は、ホール効果素子７５が出力し
た信号に基づいて制御される。各電機子７０は、隣り合
う電機子７０の取付け位置と千鳥状となる取付け位置に
おいて、ベッド５２とコイル基板７１とに当接するスペ
ーサ７７に嵌挿された小ねじ７６によってベッド５２に
共締めされる。

【０００９】ベッド５２には、上側の凹部７３とは反対
側の下側において、凹部７９が形成されており、凹部７
９には絶縁シート８１を介してドライブ基板８０が配設
されている。ドライブ基板８０は、電機子コイル７２に
給電を行うものであり、種々の電子部品から成る駆動回
路８２が設けられている。コイル基板７１とドライブ基
板８０とは、ベッド５２に上下に貫通して形成されてい
る貫通孔８５を通じて延びる雌雄のコネクタ８３，８４
によって接続されている。更に、ベッド５２の凹部７９
は、カバー８６によって覆われている。

【００１０】リニアモータの二次側である界磁マグネッ
ト９０が、テーブル５３に形成された凹部９２内に配置
され、且つテーブル５３の下面に固着されている。界磁
マグネット９０は、テーブル５３のスライド方向にＮ，
Ｓの磁極（５極）が交互に並んで設定された複数の板状
磁石９１で構成されている。界磁マグネット９０が装着
されている鋼等の磁性材から成るテーブル５３は、マグ
ネットヨークとして磁気回路部分を構成している。一
方、磁性材から成るベッド５２は、各電機子コイル７２
に関するヨーク、即ち、コイルヨークとして磁気回路部
分を構成する。各電機子コイル７２に所定の電流を供給
することにより、一次側と二次側とにフレミングの左手
の法則に基づく推力が生じ、二次側である界磁マグネッ
ト９０と一体のテーブル５３が直動案内ユニット５４，
５４に案内されてスライドする。

【００１１】ベッド５２とテーブル５３の基準位置を検
出するため、左から２番目の電機子コイル７２の内部に
ホール効果素子９７が配設されている。ホール効果素子
９７が、界磁マグネット９０の左端の板状磁石９１を検
出するときの信号が基準位置信号とされる。また、テー
ブル５３がその作動ストロークを逸脱して作動すること
を検出する限界センサとして２つのホール効果素子９
８，９９が左右両端の電機子コイル７２，７２の内部に
おいてコイル基板７１に装着されている。テーブル５３
がその作動ストロークを逸脱して作動したとき、ホール
効果素子９８，９９は、それぞれ界磁マグネット９０の
左右両端の磁極に感応して信号を発する。リニアモータ
テーブル５１においてベッド５２とテーブル５３との相
対位置を検出するため、テーブル５３には、その側部に
おいて微細なピッチでＮ，Ｓ極が交互に並べられた磁気
スケールから成るリニアスケール９５が取り付けられて
おり、リニアスケール９５を検出するセンサ９６がベッ
ド５２取り付けられている。

【００１２】スライド装置である上記のリニアモータテ
ーブル５１は、各電機子コイル７２毎の通電方式である
ために、ベッド５２の下部にドライブ基板８０及び駆動
回路８２を内蔵する構造になっており、スライド装置が
複雑化し、且つ嵩高い構造になっている。リニアスケー
ルには磁気スケールが用いられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
半導体装置、測定器、組立機などで、従来のスライド装
置に比して、更にコンパクトで高精度・高速度に作動
し、クリーン、高推力、高速、高応答な位置決め機構と
してのスライド装置が要望されている。そこで、ベッド
に対して直動案内ユニットを介してテーブルをスライド
自在に設け、テーブルのベッドに対向する対向面に配設
されている界磁マグネットが生じる磁束と、ベッドに支
持されている電機子コイルに流れる電流との電磁相互作
用により、ベッドに対して界磁マグネットをテーブルと
共に移動可能にした可動マグネット型リニアモータを内
蔵したスライド装置において、電機子コイルの通電方
式、界磁マグネットの素材、高い分解能を持つエンコー
ダの選択、及びセンサコードの固定化等の構造につい
て、スライダの作動を軽快にして、簡単化、コンパクト
且つ軽量に構成して、テーブルのベッドに対する位置決
めを一層高精度化する点で解決すべき課題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、スライド装置の電機子コ
イルの通電方式、界磁マグネットの素材、高い分解能を
持つエンコーダの選択、及びセンサコードの固定化等の
構造について、ベッドの構造を更に薄肉構造にして装置
全体の断面高さを抑えて、簡単化、コンパクト且つ軽量
に構成し、スライダの作動を軽快にし、スライダのベッ
ドに対する高速作動性、応答性を更に向上して、テーブ
ルのベッドに対する位置決めを一層高精度化することが
可能な可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライ
ダ装置を提供することである。

【００１５】この発明は、磁性材料である鋼製のベッ
ド、前記ベッドの長手方向に直動案内ユニットを介して
スライド自在に設けられた磁性材料である鋼製のテーブ
ル、前記テーブルの前記ベッドに対する対向面に前記テ
ーブルのスライド方向に極性が交互に異なる磁極が並設
された界磁マグネット、前記界磁マグネットに対向して
前記ベッドの前記テーブルに対する対向面に配置された
電機子コイルを有し且つ前記界磁マグネットが生じさせ
る磁束と前記電機子コイルに流れる電流との電磁相互作
用により前記テーブルをスライド自在に位置決め駆動す
る電機子組立体、及び前記ベッドに対する前記テーブル
のスライド方向の位置を検出するエンコーダを具備し、
前記電機子組立体は３相通電方式で各相の電流が供給さ
れる３つの前記電機子コイルを有し、前記界磁マグネッ
トは５つの前記磁極が交互に並べて配置された希土類磁
石であり、更に前記エンコーダは前記テーブルに配設さ
れた光学式リニアスケールと前記光学式リニアスケール
に対向して前記ベッドに配設されて前記光学式リニアス
ケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコ
ーダであることから成る可動マグネット型リニアモータ
を内蔵したスライド装置に関する。

【００１６】この可動マグネット型リニアモータを内蔵
したスライド装置によれば、電機子コイルに通電する
と、界磁マグネットは、界磁マグネットが生じさせる磁
束と電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により
コイルヨークを兼ねるベッドに対して直動案内ユニット
を介して、マグネットヨークを兼ねるテーブルと共にス
ライドする。電機子組立体と界磁マグネットとの配置が
省スペースに構成され且つ効率的な電磁相互作用が得ら
れる。また、エンコーダは、リニアスケールを光学式リ
ニアスケールとし光センサを用いる光学式エンコーダで
あり、相互間変化に左右されにくく、高精度化に適して
いる。また、電機子コイルが３相通電方式にされている
ので、従来の構造のように各電機子コイル毎の通電方式
であることに応じてベッドの下部に駆動回路を内蔵する
必要がなく、駆動回路をスライド装置から駆動装置（電
気装置）であるドライバ側に移設することが可能にな
る。また、界磁マグネットとして希土類磁石（ネオジウ
ム磁石）を用いているので磁束密度が高まり、高推力
（電流×磁束密度）が得られて、一層、高速、高応答な
位置決めが可能になる。また、磁気エンコーダに代えて
光学式エンコーダを採用しているので、分解能が向上し
高精度になっている。光学式エンコーダを構成する光学
式のリニアスケールをテーブル下面に配設し、リニアス
ケール用のセンサをベッドに配設したことによって、ス
ライド装置の稼働に伴ってセンサコードを動かすことが
なくなり、装置自体が低発塵となり、クリーンな環境で
使用することを可能にしている。

【００１７】電機子組立体を最小単位でなる３つの電機
子コイルとし、界磁マグネットを５極配設した最小単位
で構成しているので、スライド装置がコンパクトに構成
される。ここで、例えば、界磁マグネットの磁極数を４
極とすると、高推力を維持する範囲においてテーブルの
ストロークは一磁極分短くなってしまう。また、界磁マ
グネットの両端の磁極が異なるので、ホールＩＣ、リミ
ットセンサ、及び原点前センサの設定については、異な
る磁極に対応した設定を必要とし、煩雑・面倒になる。
また、界磁マグネットの磁極数を６極とすると、高推力
を維持する範囲においてテーブルのストロークは一磁極
分長くなるがテーブルの長さを一磁極分長くし、さらに
ベッドの長さも長くしなければならないので装置が大き
くなる。これに対して、本発明によれば、高推力を維持
する範囲が実用上、充分に確保され、更に、界磁マグネ
ットの両端の磁極が同極であるので、ホールＩＣ、リミ
ットセンサ及び原点前センサの設定が簡単となり、機能
的でコンパクトな構成となるスライド装置が実現され
る。

【００１８】前記テーブルの前記ベッドに対するストロ
ークは、前記テーブルの端部が前記電機子コイルのスラ
イド方向両端の腕の中心を超えて前記電機子コイルの内
部側に移動することがない範囲に設定されている。即
ち、テーブルは、電機子コイルの両端から外れることな
く電機子コイル間内をスライドするので、界磁マグネッ
トの磁束に対して、電機子コイルに通電される電流に最
大限の相互作用を働かせることが可能になり、テーブル
の高推力を維持することが可能になる。

【００１９】前記界磁マグネットの両端部には、前記界
磁マグネットが発する磁束の外部への漏れ防止用の端板
が配設されている。端板は、界磁マグネットが発する磁
束がテーブルの端部から外部に漏れ出るのを防止するの
で、界磁マグネットによって形成される磁界の影響が、
テーブルに接近するものに及ぶのを防止する。

【００２０】前記電機子組立体は、前記テーブルのスラ
イド方向に沿って前記ベッドに形成されている凹部内に
配置されており、前記直動案内ユニットは前記凹部を挟
んで前記テーブルのスライド方向に沿って並列に配設さ
れている。電機子組立体は、ベッドの形成されている凹
部に収容される状態で取り付けられ、ベッドの厚さを可
及的に薄くすることが可能となり、スライド装置のコン
パクト化に寄与する。直動案内ユニットを凹部を挟んで
テーブルのスライド方向に沿って並列に配設させること
により、テーブルはベッドに対して安定したスライド可
能となり、また、直動案内ユニットの高さの範囲を利用
して、界磁マグネットをテーブルに設けることが可能に
なる。また、前記エンコーダは、一方の前記直動案内ユ
ニットの外方において前記ベッド及び前記テーブルに配
設させることが可能である。

【００２１】前記電機子組立体は、前記ベッドに取り付
けられ且つ前記凹部の開口を覆うコイル基板を有し、前
記電機子コイルは、前記コイル基板の前記凹部内に臨む
面において前記テーブルのスライド方向に並設された偏
平な電機子コイルである。コイル基板と偏平な電機子コ
イルとから成る電機子組立体は、極力薄い厚さに製作さ
れ、ベッドの凹部内に配設される。

【００２２】前記電機子コイルは、略矩形にまかれた巻
線と前記巻線の内部に樹脂モールド成形された芯部とか
ら構成されている。樹脂モールドで芯部を構成すること
により、電機子コイルの一層の保形性が得られる。

【００２３】前記テーブルには前記テーブルの原点を規
定する原点マークが設けられており、前記ベッドの前記
テーブルのスライド方向両端部には、前記界磁マグネッ
トの両端の前記磁極を検出するリミットセンサ及び前記
原点マークを検出する原点前センサが設けられている。
リミットセンサ及び原点前センサが、界磁マグネットの
端部を検出することにより、テーブルのベッドに対する
スライド位置、ストロークを制御することが可能とな
る。

【００２４】前記テーブルのスライド方向で見て、前記
ベッドの一方の端部にはエンドブロックが、また他方の
端部には、前記電機子組立体に接続される電源コードと
前記エンコーダの前記センサに接続されるセンサコード
とが連結されたコネクタブロックが取り付けられてお
り、前記エンドブロック及び前記コネクタブロックに
は、前記テーブルとの衝突を緩和するため、それぞれ、
弾性体から成るストッパが固着されている。テーブル
が、万一、ベッドに対して所定のストローク範囲を超え
てスライドしたときには、エンドブロック又はコネクタ
ブロックの内側端面、即ち、テーブルに面する側に設け
られている弾性体から成るストッパがテーブルとの衝突
を緩衝し、スライド装置の破損を防止する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライ
ド装置の実施例を説明する。図１はこの発明による可動
マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置の平
面図、図２は図１に示したスライド装置の正面図、図３
は図１に示したスライド装置のＡ−Ａ断面図、図４は図
１に示したスライド装置からテーブルを外した分解図、
図５は図１に示したスライド装置のテーブルの背面図、
図６は図５に示すテーブルの左側面図、図７は図１に示
したスライド装置のコイル基板の背面図、図８は図７に
示すコイル基板の正面図、及び図９は図７に示すコイル
基板の背面から見た平面図である。

【００２６】この発明による可動マグネット型リニアモ
ータを内蔵したスライド装置１（以下、単に「スライド
装置１」という）は、図１〜図９に示すように、鋼製で
あり細長の矩形板状に形成されたベッド２と、ベッド２
上を長手方向に直線的にスライド自在な鋼製であり矩形
板状のテーブル３とを備えている。ベッド２は、相対的
に移動可能な一方の機器（通常、固定側、図示せず）に
取り付けられる。ベッド２上面には、長手方向に沿って
互いに平行に且つ同じ高さに多数の取付けねじによって
ベッド２に固設された一対の軌道レール５と軌道レール
５に摺動自在に跨架してなる２つずつのスライダ６とか
らなる直動転がり案内ユニット４が設けられている。テ
ーブル３は、直動転がり案内ユニット４の各スライダ６
（図３参照）に固着されており、スライダ６が軌道レー
ル５を摺動することによって、ベッド３上をスライド自
在である。テーブル３を各スライダ６に固着するための
固着用の一対のねじ２３が、テーブル３の上面に埋設さ
れる形で挿通されてスライダ６にねじ込まれている。ス
ライド装置１においては、図１及び図４に示されるよう
に、ベッド２には、基台などへの取付けのために複数の
取付孔７が形成されており、テーブル３には、その上面
に位置決め駆動するワークを取り付けるための複数（図
示の例では４つ）ねじ孔８が形成されている。スライド
装置１は、特に図２に示すように、全体的に高さが低い
平坦な構造に構成されている。

【００２７】直動転がり案内ユニット４は、従来周知の
ものであり、軌道レール５に跨架したスライダ６は、詳
細には図示しないが、ケーシングと、ケーシングの摺動
方向両端に取り付けられた一対のエンドキャップと、各
エンドキャップの外面にエンドキャップと共締めされた
状態でケーシングに取り付けられたエンドシールとを有
している。一方のエンドキャップには、グリースニップ
ルが取り付けられている。ケーシングには、軌道レール
５の長手方向両側面に形成された各軌道溝に対応して転
動体が循環するための循環路が形成されており、循環路
には転動体としての多数のボールが並べられて収容され
ている。循環路は、ケーシングに形成されており且つ軌
道レール５に形成された各軌道溝に対応して負荷軌道路
を構成する負荷軌道溝とリターン通路、及びエンドキャ
ップに形成され且つ負荷軌道路とリターン通路とを接続
する方向転換路から成っている。ボールが軌道レールと
ケーシングとの間に形成された負荷軌道路を転動しつつ
循環路を循環することにより、スライダ６が軌道レール
５上を滑らかに案内されて移動する。

【００２８】スライド装置１において、図３及び図４に
示すように、ベッド２の上面には、一対の直動転がり案
内ユニット４，４間の長手方向に沿って凹部９が形成さ
れており、凹部９には、コイル基板１１とコイル基板１
１に固着された３つの電機子コイル１２とから成る固定
子としての電機子組立体１０が配設されている。電機子
組立体１０に対向して、テーブル６の下面には、可動子
として、矩形板状に形成された５極の永久磁石の界磁マ
グネット１３が固着されている。スライド装置１は、界
磁マグネット１３が生じさせる磁束と電機子コイル１２
に流れる３相電流との電磁相互作用によるリニアモータ
によって、テーブル３をスライド自在に駆動して、所望
の位置に位置決めする。電源装置、及び制御装置である
ドライバ装置、及びコントロール装置は、スライド装置
１の内部ではなく外部に設けられている。ベッド２に対
するテーブル６の位置検知をするために、テーブル６の
下面の長手方向に沿って配設された光学式リニアスケー
ル１５と光学式リニアスケール１５に対向してベッド２
の中央部側部を切り欠いて配設されたセンサ１６とから
なる光学式エンコーダ１４が配設されている。

【００２９】スライド装置１は、図１に示されるよう
に、ベッド２の上面の長手方向の一方端部には、テーブ
ル３がその作動ストロークを大きく逸脱してベッド２の
一方から外れることを防止する規制部材としてのエンド
ブロック１７が六角孔付きのボルト等の固着手段によっ
て固設されている。エンドブロック１７には、テーブル
３に対向する端面にウレタンゴムでなる弾性体のストッ
パ１８が固着されている。また、ベッド２の他方の端部
には、コネクタブロック１９がエンドブロック１７の場
合と同様の固着手段によって固設されている。コネクタ
ブロック１９は、テーブル３がその作動ストロークを大
きく逸脱してベッド２の他方から外れることを防止する
規制部材として機能すると共に、リニアモータを駆動す
るために電機子コイル１２への電力供給用の電源コード
や検知素子の信号コード２１と、ベッド２に対するテー
ブル３の位置を検出した信号取り出し用のセンサコード
２２とを断線なく案内する働きをしている。センサコー
ド２２にはコントローラが接続されており、コントロー
ラは、センサコード２２を介して検出した位置情報に基
づいて信号コード２１を通じてモータ駆動用の電力を供
給する。コネクタブロック１９には、テーブル３に対向
する端面にウレタンゴムでなる弾性体のストッパ２０が
固着されている。ストッパ１８，２０は、スライダ６が
ベッド２における作動ストロークの限界に接近したとき
の衝突を緩衝する。

【００３０】図５及び図６に示されるように、テーブル
３の下面３０には、テーブル３のスライド方向に磁性が
交互に異なる矩形板状の５極の磁極２４が密に配設され
て構成されている界磁マグネット１３が配設されてい
る。この実施例では、界磁マグネット１３は、希土類磁
石であるネオジウム磁石から成る永久磁石であり、両端
部の下面の磁極がＮ極に設定されている。テーブル３
は、鋼製でなる磁性材料から作られており、界磁マグネ
ット１３が生じる磁束を通すマグネットヨークを兼ねて
いる。そのため、テーブル３に取り付けるべきマグネッ
トヨークを別途用意する必要がなく、可動子側の構造を
コンパクトに構成することができる。

【００３１】界磁マグネット１３の両端には、磁束漏れ
防止用の鋼製でなる端板２５が配設されている。端板２
５は、界磁マグネット１３からの磁束がテーブル３の端
面より外へ漏れるのを防止して、テーブル３に近接する
ものへの磁界の影響を防止するものである。端板２５の
幅は電機子コイル１２の腕の幅ｄ（図７）の半分程度
（２．５ｍｍ幅）であり、端板２５の厚さは界磁マグネ
ット１３の厚さと同一である。端板２５は、テーブル３
と一体に形成されたものであってもよい。テーブル３の
下面３０には、センサ１６と対向した一側において、長
手方向に光学式のリニアスケール１５が貼着されてお
り、反対側においては、センサ１６の側面に対向するよ
うに（図３）Ｌ字状金具２７に取り付けられ且つテーブ
ル３の下面に垂直になった状態でリニアスケール１５に
隣接して原点マーク２８が取り付けられている。原点マ
ーク２８は、センサ１６に原点（基準位置）の信号を与
えるためのマークであり、中央部分に磁石２９が埋め込
まれて構成されている。

【００３２】電機子組立体１０は、図７、図８及び図９
に示すように、平坦な薄板であるコイル基板１１と、そ
の下面３１にテーブル３のスライド方向に並んで接着剤
等で固着された、最小単位の３相でなる３つの扁平な電
機子コイル１２とから構成されている。電機子組立体１
０は、電機子コイル１２を界磁マグネット１３に対向し
て配置した状態でベッド２の凹部９内に配設される。電
機子コイル１２は、３相のコアレスコイルでなり、それ
ぞれが略矩形に巻かれた巻線３２と巻線３２内部に樹脂
モールド成形された芯部３３とからなっている。コイル
基板１１には、各電機子コイル１０内のスライド方向の
中央部に界磁マグネット１３と対向して磁極（ここでは
Ｎ極）を検知するホールＩＣ（ホール効果素子）３４が
固設されている。ホールＩＣ３４は、特定の磁極（ここ
ではＮ極）に検知するものであり、スライド装置１に電
源をＯＮさせた初期の時点で、いずれか検知したホール
ＩＣ３４から対向する界磁マグネット１３の位置を検出
して、検出された界磁マグネット１３の位置に合わせて
駆動電流を電機子コイル１２に流すようにするための検
知素子になっている。

【００３３】コイル基板１１には、また、下面の一側部
の両端部において、界磁マグネット１３と対向して磁極
（ここではＮ極）２４を検知するリミットセンサ３５が
固設されている。このリミットセンサ３５は、ここでは
界磁マグネット１３のスライド方向両端に位置するＮ極
を検知してテーブル３のオーバランを防止するための検
知素子になっている。また、一方のリミットセンサ３５
のスライド方向の手前に隣接して原点前センサ３６が固
設されている。原点前センサ３６は、界磁マグネット１
３の端部のＮ極を検知し、テーブル３の原点マーク２８
がセンサ１６の側部に内蔵されている原点に合致すべく
テーブル３を減速させるための検知素子になっている。
また、コイル基板１１の下面３１には、電機子コイル１
２の電源コード、並びにホールＩＣ３４、リミットセン
サ３５及び原点前センサ３６の信号コード２１と配線す
る端子３７が固設されている。コイル基板１１には、更
にベッド２への取付けのために取付け孔３８が形成され
ている。このように構成されたコイル基板１１は、図３
及び図４に示すようにベッド２の長手方向に形成された
凹部９に嵌挿され、取付け孔３８に挿通した皿ねじ３９
をベッド２にねじ込むことによって、ベッド２に固着さ
れる。

【００３４】ベッド２も、例えば、鉄系の強磁性材料
（Ｓ４５Ｃ）のような鋼製の磁性材料であり、電機子組
立体１０のためのコイルヨークを兼ねている。従って、
コイルヨークを別途設ける必要がなく且つ嵩高さが減少
されるので、固定子側のコンパクトを更に進めた構造に
することができる。なお、ベッド２の凹部９と電機子コ
イル１２との間には絶縁シート４０が配設されている。

【００３５】スライド装置１は、次のようにして作動す
る。即ち、界磁マグネット１３とコイルヨークとして機
能するベッド２とにより常に垂直方向に働く磁束と、電
機子コイル１２への通電による電機子コイル１２の腕の
まわりに発生する回転磁束とにより電機子コイル１２は
フレミングの左手の法則により水平方向に力を受けるこ
とになり、反作用で可動子を構成する界磁マグネット１
３、即ちテーブル３が駆動され、界磁マグネット１３の
移動に合わせて磁束の向きに応じた方向に電機子コイル
１２に電流を切り替えることで、テーブル３がスライド
自在に位置決め駆動される。電流量による加速度制御と
光学式エンコーダ１４による現在位置の検出とに基づい
て、テーブル３のスライド方向の正確な位置決めが行わ
れる。なお、スライド装置１は、パソコン、シーケンン
サ、及びドライバと組み合わせてシステム構成され、テ
ーブル３の駆動及び位置決めが制御される。

【００３６】図１０は、上記スライド装置１の電機子組
立体１０に供給される電流の時間変化を示すグラフであ
る。図１０に示すように、各電機子コイル１２に供給さ
れる電流は、それぞれに１２０°位相差を有する３相の
交流電流Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。横軸は、各相の
半波長Ｐｗに対する倍率で示されている。スライド装置
１の作動例が図１１〜図１３に示されている。図１１
は、テーブル３が左端から右行可能な状態（上段）と、
右端から左行可能な状態（下段）とを示している。ここ
で、テーブル３は、テーブル３の右側の端部３ａが電機
子コイル１２の右側の端部の腕１２ａの中心から外れる
ことがないように、またテーブル３の左側の端部３ｂが
電機子コイル１２の左側の端部の腕１２ｂの中心から外
れることがないように設定されている。即ち、テーブル
３は、電機子コイル１２の両端の腕１２ａ，１２ｂから
外れることなく、電機子コイル１２間内をスライドする
ことができる。この構成によって、電機子コイル１２に
通電される電流を界磁マグネット１３が発する磁束と最
大限に相互作用を働かせることができ、テーブル３の高
推力を維持することが可能になっている。

【００３７】図１２及び図１３は、それぞれ、テーブル
３が任意の位置で、電機子コイル１２に３相電流を流す
ことによってテーブル３が左行する状態を示している。
図１３は、左端の電機子コイル１２は界磁マグネット１
３の磁極２４の境に位置しており、この場合は電流がゼ
ロになっている。図１２では電機子コイル１２の６本の
腕が通電され、図１３では４本の腕が通電されている
が、各磁極２４の中央部が磁束密度が大きくなっていて
電流量も磁極２４の位置に合わせて変化しているので、
電機子コイル１２の腕の数に依らず同一の高推力を維持
することができる。なお、高推力を維持しないのであれ
ば、テーブル３のストロークを、図１２及び図１３に示
すストローク以上として、一部の電機子コイル１２の腕
が磁極２４の外側まで外れるようなストロークに設定し
ても構わない。

【００３８】図１３に示すように、界磁マグネット１３
の磁極幅Ｗｍとして、各磁極ピッチＰｍも同一（Ｐｍ＝
Ｗｍ）、電機子コイル１２の腕の中心間距離Ｂｃを磁極
幅Ｗｍと同一（Ｂｃ＝Ｗｍ）、電機子コイル１２のコイ
ルピッチＰｃをＰｃ＝４／３Ｐｍ（Ｐｃ＝４／３Ｗｍ）
に構成している。界磁マグネット１３の長さＬｍ（図
５）は、電機子コイル１２の長さ中心間Ｌｐ（図７）程
度になっている。この実施例では、磁極幅Ｗｍ＝１５ｍ
ｍであり、テーブル３のストロークＳｔ（図１１）＝２
５ｍｍとなっている。界磁マグネット１３の長さＬｆ＝
７５ｍｍであり、両端の端板２５の幅２．５ｍｍを加算
して、テーブル３の長さＬｔ＝８０ｍｍである。また、
スライド装置１は、高さＨ（図３）＝１４ｍｍ、長さＬ
（図１）＝１４５ｍｍ、幅Ｂ（図１）＝６０ｍｍになっ
ている。

【００３９】

【発明の効果】この発明による可動マグネット型リニア
モータを内蔵したスライド装置は、以上のように、電機
子組立体を構成する各電機子コイルへの電流の供給を３
相通電方式としたので、駆動回路をスライド装置内部か
ら外部のドライバ側に移設することが可能になり、スラ
イド装置の全高さを低くすることができる。また、界磁
マグネットを希土類磁石（ネオジウム磁石）で構成した
ので、磁束密度を高めることになり高推力（電流×磁束
密度）を得ることができ、更に、高速、高応答な位置決
めが可能になっている。また、テーブルのベッドに対す
る位置検出を行うエンコーダに光学式エンコーダが採用
されているので、従来の磁気エンコーダに比較して分解
能が向上し、テーブルの位置決めを高精度に行うことが
できる。また、光学式エンコーダを構成する光学式のリ
ニアスケールをテーブル下面に配設し、リニアスケール
用のセンサをベッドに配設したので、センサに接続され
るセンサコードは、ベッドに設けられるだけであるの
で、テーブルに設ける場合と異なり可動に構成すること
がなく、低発塵であるクリーンな環境で使用可能になっ
ている。更に、電機子組立体において、電機子コイルを
最小単位でなる３つの電機子コイルとし、界磁マグネッ
トを５極配設したので、実用上、最小単位でなるコンパ
クトなスライド装置を提供することができる。

【００４０】また、テーブルのベッドに対するストロー
クは、テーブルの端部が電機子コイルのスライド方向両
端の腕の中心を超えて電機子コイルの内部側に移動する
ことがない範囲に設定されている。即ち、テーブルは、
電機子コイルの両端から外れることなく電機子コイル間
内をスライドするので、界磁マグネットの磁束に対し
て、電機子コイルに通電される電流に最大限の相互作用
を働かせることができ、テーブルの高推力を維持するこ
とができる。

【００４１】このように、この発明による可動マグネッ
ト型リニアモータを内蔵したスライド装置は、スライド
装置として嵩高さを抑えて最もコンパクトとなり、スラ
イド装置の製造、保管、運搬、据付け及び使用におい
て、省スペースを実現し、作業環境等の改善に寄与する
ことができると共に、クリーン、高推力、高速、高応答
な位置決め機構としてのスライド装置となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による可動コイル型リニアモータを内
蔵したスライド装置の平面図である。

【図２】図１に示したスライド装置の正面図である。

【図３】図１に示したスライド装置のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】図１に示したスライド装置からテーブルを外し
た分解図である。

【図５】図１に示したスライド装置のテーブルの背面図
である。

【図６】図５に示すテーブルの左側面図である。

【図７】図１に示したスライド装置のコイル基板の背面
図である。

【図８】図７に示すコイル基板の正面図である。

【図９】図７に示すコイル基板の背面から見た平面図で
ある。

【図１０】図１に示したスライド装置の電機子コイルに
供給される電流の時間的変化を示すグラフである。

【図１１】図１〜図９に示すスライド装置のテーブルが
左端から右行可能な状態と、右端から左行可能な状態と
を示す作動説明図である。

【図１２】図１〜図９に示すスライド装置のテーブルが
任意の位置で、電機子コイルに３相電流を流すことによ
ってテーブルが左行する状態を示す作動説明図である。

【図１３】図１２と同様のテーブルが左行する状態を示
す作動説明図である。

【図１４】従来の可動マグネット型リニアモータを内蔵
するスライド装置の一例を示す平面図である。

【図１５】図１４に示す可動マグネット型リニアモータ
を内蔵するスライド装置のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１ 可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライ
ド装置 ２ ベッド ３ テーブル ３ａ，３ｂ テーブルの端部 ４ 直動案内ユニット ９ 凹部 １０ 電機子組立体 １１ コイル基板 １２ 電機子コイル １２ａ，１２ｂ 電機子コイルの端部の腕 １３ 界磁マグネット １４ エンコーダ（光学式エンコーダ） １５ 光学式リニアスケール １６ センサ １７ エンドブロック １９ コネクタブロック １８，２０ ストッパ ２４ 磁極 ２８ 原点マーク ３０ 下面 ３１ 下面 ３２ 巻線 ３３ 芯部 ３５ リミットセンサ ３６ 原点前センサ Ｓｔ ストローク

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２０日（２００１．４．２
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 正毅 神奈川県鎌倉市常盤392番地 日本トムソ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 5H641 BB03 BB06 BB19 GG02 GG05 GG07 GG26 HH03 JA09 JA11 JA13 JA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料である鋼製のベッド、前記ベッ
   ドの長手方向に直動案内ユニットを介してスライド自在
   に設けられた磁性材料である鋼製のテーブル、前記テー
   ブルの前記ベッドに対する対向面に前記テーブルのスラ
   イド方向に極性が交互に異なる磁極が並設された界磁マ
   グネット、前記界磁マグネットに対向して前記ベッドの
   前記テーブルに対する対向面に配置された電機子コイル
   を有し且つ前記界磁マグネットが生じさせる磁束と前記
   電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により前記
   テーブルをスライド自在に位置決め駆動する電機子組立
   体、及び前記ベッドに対する前記テーブルのスライド方
   向の位置を検出するエンコーダを具備し、前記電機子組
   立体は３相通電方式で各相の電流が供給される３つの前
   記電機子コイルを有し、前記界磁マグネットは５つの前
   記磁極が交互に並べて配置された希土類磁石であり、更
   に前記エンコーダは前記テーブルに配設された光学式リ
   ニアスケールと前記光学式リニアスケールに対向して前
   記ベッドに配設されて前記光学式リニアスケールを検出
   するセンサとから構成される光学式エンコーダであるこ
   とから成る可動マグネット型リニアモータを内蔵したス
   ライド装置。
2. 【請求項２】 前記テーブルの前記ベッドに対するスト
   ロークは、前記テーブルの端部が前記電機子コイルのス
   ライド方向両端の腕の中心を超えて前記電機子コイルの
   内部側に移動することがない範囲に設定されていること
   から成る請求項１に記載の可動マグネット型リニアモー
   タを内蔵したスライド装置。
3. 【請求項３】 前記界磁マグネットの両端部には、前記
   界磁マグネットが発する磁束の外部への漏れ防止用の端
   板が配設されていることから成る請求項１又は２に記載
   の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装
   置。
4. 【請求項４】 前記電機子組立体は、前記テーブルのス
   ライド方向に沿って前記ベッドに形成されている凹部内
   に配置されており、前記直動案内ユニットは前記凹部を
   挟んで前記テーブルのスライド方向に沿って並列に配設
   されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に
   記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライ
   ド装置。
5. 【請求項５】 前記電機子組立体は、前記ベッドに取り
   付けられ且つ前記凹部の開口を覆うコイル基板を有し、
   前記電機子コイルは、前記コイル基板の前記凹部内に臨
   む面において前記テーブルのスライド方向に並設された
   偏平な電機子コイルであることから成る請求項１〜４の
   いずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを
   内蔵したスライド装置。
6. 【請求項６】 前記電機子コイルは、略矩形にまかれた
   巻線と前記巻線の内部に樹脂モールド成形された芯部と
   から構成されていることから成る請求項５に記載の可動
   マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
7. 【請求項７】 前記テーブルには前記テーブルの原点を
   規定する原点マークが設けられており、前記ベッドの前
   記テーブルのスライド方向両端部には、前記界磁マグネ
   ットの両端の前記磁極を検出するリミットセンサ及び前
   記原点マークを検出する原点前センサが設けられている
   ことから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の可動
   マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
8. 【請求項８】 前記テーブルのスライド方向で見て、前
   記ベッドの一方の端部にはエンドブロックが、また他方
   の端部には、前記電機子組立体に接続される電源コード
   と前記エンコーダの前記センサに接続されるセンサコー
   ドとが連結されたコネクタブロックが取り付けられてお
   り、前記エンドブロック及び前記コネクタブロックに
   は、前記テーブルとの衝突を緩和するため、それぞれ、
   弾性体から成るストッパが固着されていることから成る
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の可動マグネット型
   リニアモータを内蔵したスライド装置。