JP2010148293A - ビルトインスライダ - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージの高さが低く、かつ姿勢精度や位置決め精度がよいビルトインスライダを提供する。
【解決手段】 ボールガイド機構６とリニアモータを組合せたステージであるモジュールのスライダ７に、シャフト型リニアモータをビルトインし、磁石を有するシャフト状の固定子３の周囲を囲むように配置された可動子コイル８の外側に、磁気シールド用の可動子ヨーク９を配置し、かつ、可動子ヨーク９の外側を、非磁性体１０，１１で覆う構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボールガイド機構によって移動可能に支持されたテーブル等の可動体を、シャフト型リニアモータ駆動により往復運動させるスライダに関するもので、特にビルトインスライダに関するものである。

スライダを、高速で、かつ位置決め精度が高いものにするために、ボールネジ機構を用いず、リニアモータとボールガイド機構を用いてスライダを構成したものがある（（例えば、特許文献１参照））。
ボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージは、従来のボールガイド機構とボールネジ機構のステージに比べて高速に搬送できたり、位置決め精度が高かったり、姿勢変動が少なかったといったメリットがある反面、リニアモータ可動子が大きくレイアウトが大きくなったり、磁気の影響がボールガイド機構に及ばないようにするために距離を取らなければならないというデメリットがあった。

従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージの第１の例としては、図６に示すように、直動ロボットに代表されるように下部に薄型のボールガイド機構（ガイドユニット）１を使用し、その上部に、アルミなどの非磁性体からなる機材２を配置するとともに、磁石を有する固定子３、およびコイルを有する可動子４を備えたシャフト型リニアモータをレイアウトしたステージがある。

また、従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージの第２の例としては、図７に示すように、機材２の上部の両側にボールガイド機構１を配置し、その中央部に、磁石を有する固定子３、およびコイルを有する可動子４を備えたシャフト型リニアモータをレイアウトしたステージがある。

また、従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージの第３の例としては、図８に示すように、鉄などの磁性体からなるコ字状のモジュールフレーム５と前記モジュールフレーム５よりも小さなコ字状である機材２を開口部どおしを向かい合わせて、前記モジュールフレーム５の開口部内に前記機材２を挿入し、前記機材２の開口部内にシャフト型リニアモータの、コイルを有する可動子４を配置した構成のものがある。なお、磁石を有するシャフト型リニアモータの固定子３は、前記モジュールフレーム５に埋設している。

また、従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージの第４の例としては、図９に示すように、ボールネジステージとして一般的であるモジュールフレーム５内に、ボールネジの代わりに可動子がコイル８のみのシャフト型リニアモータを取り付けたものがある。図９において、３は磁石を有する固定子、６はボール循環機構を有するボールガイド機構、７は鉄などの磁性体からなるスライダである。
特開２００４−２７４９５０

従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージで下部に薄型ボールガイド機構１を使用し、その上部にシャフト型リニアモータをレイアウトした第１の例としてのステージ（図６参照）は、幅方向及び奥行き方向にはコンパクトにできるメリットはあるが高さが高くなってしまうデメリットがあった。また、駆動位置とガイド拘束位置に寸法差が生じるためにピッチング方向に誤差が生じてしまって、姿勢精度や位置決め精度が悪くなってしまった。

従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージで両側にボールガイド機構１を使用し、その中央部にシャフト型リニアモータをレイアウトした第２の例としてのステージ（図７参照）は、高さ方向及び奥行き方向にはコンパクトにできるメリットはあるが幅方向に関してはボールガイド機構に磁気の影響が出ない距離をとるために大きくなってしまったり、高価で高剛性の出せない軸受をしようしなければならないというデメリットがあった。

従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せた第３の例としてのステージ（図８参照）は、形状的スライダ内にリニアモータ可動子４を内臓して、フレームレール固定子３である磁石を内臓しているために高さ、幅、奥行き方向にコンパクトにできるというメリットがあるが、磁気が近いためにボールガイド機構６の磁性体のボールがスムーズに動作できなくなるため、ボールの材質を非磁性であり磨耗性の高いものにしなければならなく、高剛性の軸受にすることができず、高価になってしまうデメリットがあった。また、スライダ７内に可動子４を入れるためスライダ内部を切り欠いているために軸受剛性を上げるための予圧をかけることができないというステージのガイド剛性を考慮すると非常に弱いものになってしまうというデメリットがあった。
また、駆動位置とガイド拘束位置に寸法差が生じるためにピッチング方向に誤差が生じてしまって、姿勢精度や位置決め精度が悪くなってしまった。

従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せた第４の例としてのステージであるモジュールにシャフト型リニアモータを取り付けたもの（図９参照）は、固定子シャフト３及び可動子コイル８をスライダ内に内臓しているために高さ、幅、奥行き方向にコンパクトにでき、駆動位置とガイド拘束位置に寸法差が生じないためピッチング方向に誤差が生じず、姿勢精度や位置決め精度が良くなるというメリットが考えられる。しかし、固定子シャフトからの磁気が影響するため、ボールガイド機構６の磁性体のボールがスムーズに動作できなくなるため、ボールの材質を非磁性であり磨耗性の高いものにしなければならないために高剛性の軸受にすることができず、高価になってしまうというデメリットがあった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ステージの高さが低く、かつ姿勢精度や位置決め精度がよいビルトインスライダを提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージであるモジュールのスライダに、シャフト型リニアモータをビルトインし、マグネットを有するシャフト状の固定子の周囲を囲むように配置された可動子コイルの外側に、磁気シールド用の可動子ヨークを配置し、かつ、前記可動子ヨークの外側を、非磁性体で覆ったことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、両側に突部を有し、上方に開口部を有する断面がコ字状をしたモジュールフレームの前記開口部内に、前記シャフト型リニアモータをビルトインした前記スライダを配置し、前記突部と前記スライダとの間で前記ボールガイド機構を構成したことを特徴とするものである。

請求項１および請求項２の本発明によれば、次のような効果がある。
（１）従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージで、下部に薄型ボールガイド機構を使用し、その上部にシャフト型リニアモータをレイアウトした第１の例としてのステージ（図６参照）の課題であった高さが高くなってしまうデメリットを解消できる。また、駆動位置とガイド拘束位置に寸法差が少ないために、ピッチング方向に誤差が生じず、姿勢精度や位置決め精度が良くなる。

（２）従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージで両側にボールガイド機構を使用し、その中央部にシャフト型リニアモータをレイアウトした第２の例としてのステージ（図７参照）の課題であった幅方向に関しては、ボールガイド機構に磁気の影響が出ない距離をとる必要が無く、コンパクトにすることができる。

（３）従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せた第３の例としてのステージである特許文献１（図８参照）の課題であった、磁気が近いためにボールガイド機構６のボールの材質を非磁性であり磨耗性の高いものにするなどの必要性が無く、高剛性の軸受にすることができ、安価にすることができる。また、スライダ内に可動子を入れるため、スライダ内部を切り欠かないので軸受剛性を上げるための予圧をかけることができ、ステージのガイド剛性を考慮すると非常に強いものにすることができる。

（４）従来のボールガイド機構とリニアモータを組合せた第４の例としてのステージであるモジュールにシャフト型リニアモータを取り付けたもの（図９参照）の課題であった固定子シャフトからの磁気の影響を無くすための措置である、ボールガイド機構のボールの材質を非磁性であり磨耗性の高いものにする必要性が無くなり、高剛性の軸受にすることができる。またそれにより、安価にすることができる。

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。

図１は、両側に突部５ａを有し、上方に開口部５ｂを有する断面がコ字状をしたモジュールフレーム５の前記開口部５ｂ内に、固定子３、可動子コイル８、可動子ヨーク９、非磁性体１０，１１等を有するシャフト型リニアモータをビルトインしたスライダを配置し、前記突部５ａと前記スライダ７との間で、ボールガイド機構６を構成している。
前記スライダ７は、鉄などの磁性体からなっており、最内面に磁石シャフトを備えた固定子３を配置し、その固定子３を囲む形で、可動子コイル８を配置している。また、前記可動子コイル８の外側に、鉄などの磁性体からなる可動子ヨーク９を配置し、その外側にアルミなどからなる非磁性材料１０と接着剤などの非磁性材料１１をビルトインしている。また、前記ボールガイド機構６は、ボール循環機構を有している。
このような構成にすることにより、モジュールのスライダ７に磁気的影響を及ぼさないレイアウト構成で、スライダ７の移動がスムーズに行えて、駆動中心位置とガイド中心位置がほとんど同じ位置なため姿勢精度及び位置決め精度が良くでき、安価に製作できる。

図２は、通常のシャフト型リニアモータの構成である。中心に強力な磁力を持った磁石を収納した固定子３のシャフト構造物があり、外周に設置された可動子４は内側からコイル８、磁性体であるヨーク９を樹脂モールドし、アルミフレームなどで構成される非磁性体１０内に挿入された構造であり、そのレイアウトは、可動子コイル８、可動子ヨーク９、非磁性体１０の順に配置されている。なお、前記可動子コイル８、可動子ヨーク９、非磁性体１０の固定には、それぞれ樹脂接着剤などの非磁性体１１が用いられている。
前記固定子３の磁石シャフトから発せられる強力な磁気は、外周の５０ｍｍ程度離れた場所でも約１０ガウスの磁界が生じているが、可動子領域内においては磁性体である可動子ヨーク９で磁気シールドされる。また、その磁力により可動子ヨーク９が磁化してもアルミフレームなどで構成される非磁性体１０の領域があるため、その距離により磁気の伝導が生じることがない。

モジュールへのビルトインのために、図３に示すように、可動子４の最外周のアルミフレームなどの非磁性体１０を、スライダ７のアルミ部分が最小限度残るようにして軸受強度に支障が無い程度に空けた円形穴７ａに挿入し、接着剤での接着固定や、ネジでの固定により、図４に示すようなビルトイン構造になる。

図５は本発明の第１実施例を示すビルトインスライダの３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正断面図である。
高剛性で鉄製の標準的なモジュールフレーム５に上記ビルトイン結合させたスライダ７と可動子４が配置され、その中に磁石シャフトを有する固定子３が通っており、両端を固定されている。前記モジュールフレーム５のサイドには移動位置を検出するためのリニアスケール１２及び可動範囲を機械的に接触する前に電気的に止めるためのリミットセンサ１３が配置されている。上部には上からのゴミ侵入防止用のカバー１４がある。

本発明のシャフト型リニアモータのビルトインステージを示す正断面図である。 シャフト型リニアモータを示す斜視図である。 シャフト型リニアモータのビルトイン前の状態を示す斜視図である。 シャフト型リニアモータのビルトイン後の状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施例を示すビルトインスライダの３面図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正断面図である。 従来の縦ガイド型ステージの正断面図である。 従来の両サイドガイドステージの正断面図である。 従来のリニアモータビルトインステージの正断面図である。 従来のシャフト型リニアモータビルトインステージの正断面図である。

符号の説明

１ ボールガイド機構
２ 機材
３ 固定子
４ 可動子
５ モジュールフレーム
６ ボールガイド機構
７ スライダ
８ 可動子コイル
９ 可動子ヨーク
１０ 非磁性体
１１ 非磁性体
１２ リニアスケール
１３ リミットセンサ
１４ カバー

Claims (2)

1. ボールガイド機構とリニアモータを組合せたステージであるモジュールのスライダに、シャフト型リニアモータをビルトインし、マグネットを有するシャフト状の固定子の周囲を囲むように配置された可動子コイルの外側に、磁気シールド用の可動子ヨークを配置し、かつ、前記可動子ヨークの外側を、非磁性体で覆ったことを特徴とするビルトインスライダ。
2. 両側に突部を有し、上方に開口部を有する断面がコ字状をしたモジュールフレームの前記開口部内に、前記シャフト型リニアモータをビルトインした前記スライダを配置し、前記突部と前記スライダとの間で前記ボールガイド機構を構成したことを特徴とする請求項１に記載のビルトインスライダ。

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