JP2005278280A - ムービングコイル形リニアスライダ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアスケールの配置位置を、リニアモータの推力軸中心軸近傍に配置固定することで、推力変動の影響による速度リプルまたは発振を抑え、高速・高分解能のリニア駆動を得ることが可能なム−ビングコイル形リニアスライダを提供することを目的とする。
【解決手段】 ム−ビングコイル形リニアスライダにおいて、リニアスケールとセンサヘッドよりなる検出手段は、モータの推力中心軸の位置に近づくようにテーブル３とマグネットトラック４の間に配設したものであって、リニアスケール２１の固定については、略Ｕ字状をした磁性体ヨーク４Ａの開口部の反対側に設けた略Ｌ字状のスケールホルダ２３の先端に取り付ける構造とし、また、センサヘッド２２の固定については、テーブル３の内部に設けた取付け穴３Ｄに嵌合により取付け、リニアスケール２１に対向するように固定する構造としてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータに関し、特に電機子巻線を有した電機子を可動子とし、永久磁石よりなる界磁を固定子として構成するム−ビングコイル形（Ｍｏｖｉｎｇ Ｃｏｉｌ）形リニアスライダに関する。

従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なム−ビングコイル形リニアスライダは、図４、図５に示すようになっている。なお、図４は従来技術を示すム−ビングコイル形リニアスライダの平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う正断面図である。
図４、５において、１は固定ベース、２は電機子、２Ａは電機子ホルダ、２Ｂは電機子巻線、３はテーブル、４はマグネットトラック、４Ａは磁性体ヨーク、４Ｂは界磁用永久磁石、５はリニアスケール、６はセンサヘッド、７はスライダ、８はガイドレール、９はケーブルベア、１０はモータリード、１１はリニアスケールリード、１２は駆動ドライバ、１３はスケールホルダ、２０はケーブルカバーである。
ム−ビングコイル形リニアスライダは、基本的には、固定ベース１に平行に対向配置されたテーブル３の左右を移動自在に案内支持するガイドレール８とスライダ７からなるリニアガイドと、テーブル３を固定ベース１に対してガイドレール８上の長手方向に沿って往復動させるリニアモータと、テーブル３と固定ベース１の相対位置を検出するための検出手段とを備えている。
リニアモータについては、固定ベース１上に略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨーク４Ａを、該ベース１の長手方向に沿ってボルト１８により固定すると共に、磁性体ヨーク４Ａの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する該磁極の極性が反対の極性となるように一対の界磁用永久磁石４Ｂを設けたマグネットトラック４と、前記テーブル３の下面に鉛直方向に電機子ホルダ２Ａを取付け、電機子ホルダ２Ａと直交するように前記一対の界磁用永久磁石４Ｂの内側に磁気的空隙を介してコアレス形の電機子巻線２Ｂを対向配置させた略Ｔ字状の断面形状を有してなる電機子２と、より構成されている。ここで、テーブル３とスライダ７の固定については、テーブル３に設けた貫通穴３Ａにボルト１４を挿入した後、スライダ７に設けた雌ねじ７Ａにねじ込んで固定する。テーブル３と電機子ホルダ２Ａの固定については、テーブル３に設けた貫通穴３Ｂにボルト１５を挿入した後、電機子ホルダ２Ａに設けた雌ねじ２Ｃにねじ込んで固定する。
また、検出手段については、固定ベース１の側面にスケールホルダ１３を介して取り付けられたリニアスケール５と、テーブル３の側面にリニアスケール５に対向するように固定されたリニアスケール５を検出するためのセンサヘッド６とより構成されている。
このように、従来のリニアスライダは、スライダのテーブル３の側面に配置されたリニアスケール５の制御信号により、速度および位置制御を行うのである。リニアスライダは、その制御用リニアスケール５の配置位置を、リニアモータを挟み込むようにして、更に平行に配置されるリニアガイドの外側に配置されることが一般的である。（例えば、非特許文献１を参照）。
ＴＨＫカタログＮｏ．３０８、リニアモータアクチュエータ（コアレスフラットタイプ）、２００３年６月、Ｐ２

従来のリニアスライダのリニアスケールが配置される位置は、図示のようにリニアモータの推力中心からずれた位置に固定されているため、推力変動の影響によってリニアスケール信号にリニアモータ駆動時の微細振動が重畳され、速度リプルまたは発振の原因となるという問題があった。また、リニアスケールからの検出信号は、パルス列で伝送されることが多く、パルス列では、スケール信号しか伝送できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、リニアスケールの配置位置を、推力軸中心近傍に配置固定することで、推力変動の影響による速度リプルまたは発振を抑え、高速・高分解能のリニア駆動を得ることが可能なム−ビングコイル形リニアスライダを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、固定ベースに平行に対向配置されたテーブルの左右を移動自在に案内支持するガイドレールとスライダからなるリニアガイドと、前記テーブルを前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させるリニアモータと、前記テーブルと前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、前記リニアモータは、前記固定ベース上に略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックと、前記テーブルの下面に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと直交するように、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介してコアレス形の電機子巻線を対向配置させた略Ｔ字状の断面形状を有してなる電機子と、より構成されたムービングコイル形リニアスライダにおいて、前記検出手段は、前記略Ｕ字状をした磁性体ヨークの開口部の反対側に取付けた略Ｌ字状のスケールホルダと、該スケールホルダの先端に設けられたリニアスケールと、前記リニアスケールに対向するように前記テーブルに穿設した取付け穴に嵌合により取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のムービングコイル形リニアスライダにおいて、前記センサヘッドは、リニアモータの磁極検出信号およびスケール信号などをシリアル信号に変換させる回路を組み込んだものであることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のムービングコイル形リニアスライダにおいて、前記センサヘッドは、メモリを有し、リニアモータのモータパラメータを入力させ、このリニアスライダと駆動ドライバとを接続させた場合、このモータパラメータも前記シリアル信号変換回路により、シリアル信号化し、駆動ドライバに信号伝送させるする仕組みにしたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングコイル形リニアスライダにおいて、前記リニアスケールは、リニアモータ可動子の絶対位置信号を検出するアブソリュート形エンコーダを搭載したものであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、リニアスライダの高さを大幅に増やすことなくリニアスケールの位置を、リニアモータの推力中心部の近傍に配置することができ、応答性向上のため制御ゲインを上げて行く際の発振限界を高くでき、また高周波速度リプルを低減することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、スケール信号をシリアル伝送化することで、パルス伝送に比べて大容量伝送が可能となるので、高速且つ高分解能のリニア駆動システムが可能となり、従来のパルス列伝送に比べて最少位置決め分解能を１０倍に性能向上することができる。
請求項３によると、モータパラメータもシリアル伝送化することで、モータ定数情報等を予め、リニアスライダに記憶させ、駆動ドライバに接続した際にドライバ側にモータパラメータ情報を入力させることで、将来仮に駆動ドライバ破損交換の際、別の駆動ドライバに交換しても、即座に従来と同一の状態に復帰させることができる。
請求項４によると、電源投入時に原点復帰動作を必要としないアブソリュートリニアスケールを搭載したリニアスケールを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものついてはその説明を省略し、異なる点について説明する。

図１は本発明の実施例を示すムービングコイル形リニアスライダの平面図、図２は図１のＡ―Ａ線に沿う正断面図である
図において、２１はリニアスケール、２２はセンサヘッド、２３はスケールホルダである。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、リニアスケールとセンサヘッドよりなる検出手段を、モータの推力中心軸の位置に近づくようにテーブル３とマグネットトラック４の間に配設したことが大きな特徴である。このうち、リニアスケール２１の固定については、従来の固定ベースの側面にスケールホルダを介して取り付けた構造に替えて、略Ｕ字状をした磁性体ヨーク４Ａの開口部の反対側に略Ｌ字状のスケールホルダ２３を取付け、このスケールホルダ２３の先端にリニアスケール２１を取り付ける構造となっている。スケールホルダ２３と磁性体ヨーク４Ａの固定については、該ホルダ２３に設けた貫通穴２３Ａにボルト１７を挿入し、磁性体ヨーク４Ａに設けた雌ねじ４Ｃにねじ込んで固定する構造となっている。また、リニアスケール２１に対向するように配置するセンサヘッド２２の固定については、テーブル３の内部に穿設した取付け穴３Ｄに嵌合により取付けた後、センサヘッド２２に設けた貫通穴２２Ａにボルト１６を挿入し、テーブル３に設けた雌ねじ３Ｃにねじ込んで固定する構造となっている。
さらに、そしてモータリード１０、リニアスケールケーブルリード１２は、スライダの片サイドにあるケーブルベア９の中を通って固定側に出され、駆動ドライバ１２と接続されている。
それから、磁性体ヨーク４Ａは、該ベース１の長手方向における両端部にボルト１８により固定されている。

図３は本発明のリニアスケール用のセンサヘッドを示す斜視図である。
図３において、２４はシリアル変換回路、２５はメモリＩＣである。
センサヘッド２２は、リニアモータの磁極検出信号およびスケール信号などをシリアル信号に変換させるシリアル変換回路２４を組み込んだものとなっている。また、メモリＩＣ２５を有しリニアモータのモータパラメータを入力させ、このリニアスライダと駆動ドライバ１２とを接続させた場合、このモータパラメータもシリアル信号変換回路２４により、シリアル信号化し、駆動ドライバ１２に信号伝送させるする仕組みにしてある。

次に、動作について説明する。
図１、２に示すように、リニアモータの電機子２に図示しない外部電源から通電すると、テーブル３を固定ベース１に対してガイドレール８上の長手方向に沿って往復動するが、その際、固定ベース１側に設けたリニアスケール２１に対してテーブル３側に設けたセンサヘッド２２により、テーブル３と固定ベース１の相対位置を検出すると、図３に示すように、センサヘッド２２の内部にあるシリアル変換回路２４によって、リニアスケール信号、磁極信号および、メモリＩＣ２５に記憶されたモータパラメータがシリアル変換され、駆動ドライバ１２側へ通信伝送される。この駆動ドライバ１２側へ伝送された前記信号やモータパラメータに基づいて、駆動ドライバ１２によるリニアモータの高精度な位置決めが行われる。

したがって、本発明の実施例はリニアスケールが、リニアモータの推力中心軸の近傍に配置できる構造をしているので、応答性向上のため制御ゲインを上げて行く際の発振限界を高くでき、また高周波速度リプルを低減することができる。
また、リニアスケールのセンサヘッドに、モータパラメータ記憶用メモリＩＣおよびシリアル変換回路を持たせることで、高速且つ高分解能のリニア駆動システムが可能となり、さらには将来仮に駆動ドライバ破損交換の際、別の駆動ドライバに交換しても、即座に従来と同一の状態に復帰させることができる。

このようにリニアスケールをリニアモータの推力中心軸近傍に配置することができることによって、リニアモータの制御性能（高速応答性、速度リプル性能）を向上させることができるので、高速整定位置決めスライダユニット、低速度リプルを実現させた高精度一定送りスライダユニットという用途にも適用できる。

本発明の第実施例を示すム−ビングコイル形リニアスライダの平面図 図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図である。 本発明のセンサヘッドを示す斜視図 従来技術を示すム−ビングコイル形リニアスライダの平面図 図４のＡ−Ａ線に沿う正断面図である。

符号の説明

１ 固定ベース
２ 電機子
２Ａ 電機子ホルダ、
２Ｂ 電機子巻線、
２Ｃ 雌ねじ
３ テーブル、
３Ａ 貫通穴
３Ｂ 貫通穴
３Ｃ 雌ねじ
３Ｄ 取付け穴
４ マグネットトラック、
４Ａ 磁性体ヨーク、
４Ｂ 界磁用永久磁石、
４Ｃ 雌ねじ
７ スライダ、
７Ａ 雌ねじ
８ ガイドレール
９ ケーブルベア
１０ モータリード
１１ リニアスケールリード
１２ 駆動ドライバ
１４、１５、１６、１７、１８ ボルト
２０ ケーブルカバー
２１ リニアスケール
２２ センサヘッド
２２Ａ 貫通穴
２３ スケールホルダ
２３Ａ 貫通穴
２１：シリアル変換回路
２３：メモリＩＣ
２４：駆動ドライバ

Claims (4)

1. 固定ベースに平行に対向配置されたテーブルの左右を移動自在に案内支持するガイドレールとスライダからなるリニアガイドと、前記テーブルを前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させるリニアモータと、前記テーブルと前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、
   前記リニアモータは、前記固定ベース上に略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックと、
   前記テーブルの下面に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと直交するように、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介してコアレス形の電機子巻線を対向配置させた略Ｔ字状の断面形状を有してなる電機子と、より構成されたムービングコイル形リニアスライダにおいて、
   前記検出手段は、前記略Ｕ字状をした磁性体ヨークの開口部の反対側に取付けた略Ｌ字状のスケールホルダと、該スケールホルダの先端に設けてなるリニアスケールと、前記リニアスケールに対向するように前記テーブルに穿設した取付け穴の内部に嵌合により取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴とするムービングコイル形リニアスライダ。
2. 前記センサヘッドは、リニアモータの磁極検出信号およびスケール信号などをシリアル信号に変換させる回路を組み込んだものであることを特徴とする請求項１記載のムービングコイル形リニアスライダ。
3. 前記センサヘッドは、メモリを有しリニアモータのモータパラメータを入力させ、このリニアスライダと駆動ドライバとを接続させた場合、このモータパラメータも前記シリアル信号変換回路により、シリアル信号化し、駆動ドライバに信号伝送させるする仕組みにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のムービングコイル形リニアスライダ。
4. 前記リニアスケールは、リニアモータ可動子の絶対位置信号を検出するアブソリュート形エンコーダを搭載したものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングコイル形リニアスライダ。

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