JP2012205364A

JP2012205364A - 位置決め装置

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Publication number: JP2012205364A
Application number: JP2011066401A
Authority: JP
Inventors: Toru Shikayama; 透鹿山; Akihito Toyoda; 昭仁豊田; Shogo Makino; 省吾牧野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP5533751B2

Abstract

【課題】負荷を水平Ｘ方向と垂直Ｚ方向に位置決めする小形の位置決め装置を提供する。
【解決手段】水平Ｘ方向に駆動するリニアモータと、垂直Ｚ方向に駆動するアクチュエータを備え、アクチュエータをリニアモータの可動側に搭載して負荷をＸ、Ｚ方向に位置決めする位置決め装置において、リニアモータのＸ方向寸法をＬ、Ｚ方向寸法をＷとした場合、Ｗ／Ｌ≧２として構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置決め装置などに関する。

位置決め装置の一例として、特許文献１に記載されたリニアモータ及び部品搭載装置がある。特許文献１には、２台のリニアモータによって２台のスライダをＸ方向に駆動するものが記載されている。

特開２００８−１７５７１号公報

上記した位置決め装置のリニアモータは、Ｚ方向寸法に比べＸ方向寸法の大きな、一般的なものである。よって、Ｘ方向ストロークが比較的短い用途、また、Ｘ方向ストローク上に複数台のスライダを配置して構成する用途では、ストローク長の割にリニアモータ長の占める割合が大きく、位置決め装置が大形化する問題があった。さらに、負荷を垂直Ｚ方向に位置決めするアクチュエータを搭載した位置決め装置では、アクチュエータのＸ方向寸法に対し、リニアモータのＸ方向寸法が圧倒的に大きかった。そのため、スライダ上に無駄なスペースが生じ、位置決め装置が大形化した。

したがって、本発明は小形化された位置決め装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子に対して可動子を水平な第１方向に相対的に駆動して位置決めするリニアモータと、前記可動子に設けられ対象物を垂直方向に相対的に駆動して位置決めするアクチュエータと、を備え、前記固定子への前記可動子の投影面において、前記第１方向に直交する第２方向の寸法を、前記第１方向の寸法と等しくまたは大きく設定した位置決め装置が適用される。

本発明によると、位置決め装置を小形化することができる。

第１実施形態を示す位置決め装置の斜視図第２実施形態を示す位置決め装置の斜視図第３実施形態を示す位置決め装置の斜視図第４実施形態を示す位置決め装置の斜視図第５実施形態を示す位置決め装置の斜視図第６実施形態を示すリニアモータの上面図図６のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃにおける側面から見た断面図

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る位置決め装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る位置決め装置１００の斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る位置決め装置１００は、スライダ１１０をリニアモータ２００によって水平な第１方向であるＸ方向に移動させ、さらに、シャフト３０１の先端に保持された対象物である負荷（図示なし）をアクチュエータ３００によって垂直方向であるＺ方向に移動させることで、負荷をＸ、Ｚ方向に位置決めするものである。

スライダ１１０はリニアモータ２００の可動子２１０と、可動子２１０上に取り付けられたスライダテーブル１２０と、スライダテーブル１２０上に取り付けられたアクチュエータ３００から構成されている。リニアモータ２００はＸ−Ｚ平面をギャップ面としており、可動子２１０がギャップを挟んでリニアモータ２００の固定子２２０と対向している。
可動子２１０がＸ方向に推力を発生させた際に、スライダ１１０が固定子２２０と相対的に移動できるように、スライダテーブル１２０には直動転がり軸受（図示なし）が上下に取り付けられている。すなわち、上下に配置された直動案内手段としての直動転がり軸受の間に可動子２１０が配置されている。ここで、リニアモータ２００は例えば可動子２１０が電機子、固定子２２０が永久磁石の界磁として構成された永久磁石形リニア同期モータである。

アクチュエータ３００は回転モータと回転運動を直動運動に変換するボールねじ等の組合せによる電動シリンダである。アクチュエータ３００として、リニアモータ２００と同じ原理を有し、よりＺ方向駆動に適した構造に変形したリニアモータを採用しても良い。また、アクチュエータ３００として、空気圧によって駆動されるエアシリンダを採用しても良い。アクチュエータ３００の下部からは、Ｚ方向に移動するシャフト３０１が突き出しており、シャフト３０１の先端に負荷が取付けられている。
以上のように構成されたスライダ１１０は、固定子２２０上に２台設けられている。２台のスライダ１１０はＸ方向に独立した位置決めを行うことができる。

以上のように構成された位置決め装置１００においては、リニアモータ２００の可動子２１０のＸ方向寸法をＬ、Ｚ方向寸法をＷとした場合、Ｗ／Ｌ≧１として構成した。すなわち、固定子２２０への可動子２１０の投影面（つまりギャップ面であり、本実施形態の場合はＸ−Ｚ平面）において、第１方向であるＸ方向に直交する第２方向（本実施形態の場合は垂直方向であるＺ方向）の寸法Ｗを、第１方向であるＸ方向の寸法Ｌと等しくまたは大きく設定した。つまり、リニアモータ２００の可動子２１０を前後に幅狭く、上下に幅広い形状としている。望ましくは、Ｗ／Ｌ≧２となっている。このような可動子２１０の形状は、Ｚ方向に長いアクチュエータ３００と概ね同じ形状である。よって、スライダ１１０全体も前後に幅狭く、上下に幅広い形状を成している。

なお、可動子２１０をただ前後（Ｘ方向）に幅狭くすると、推力発生面積が減るために推力が低下してしまう。そのため、上下（Ｚ方向）に幅広くすることで推力発生面積を確保し、所定の推力を発生できるようにしている。つまり、可動子２１０の形状は単なる設計変更ではなく、アクチュエータ３００の形状に合わせるとともに推力低下を起こすことがないように形状を工夫したものである。

以上説明したように、本実施形態に係る位置決め装置１００は、スライダ１１０を前後に幅狭い形状にすることができるので、所定のＸ方向ストロークを確保しつつ、位置決め装置１００のＸ方向寸法を小さくすることができる。特に、Ｘ方向ストロークが短い用途やスライダ１１０を複数台設ける用途では、スライダ１１０を前後に幅狭くした効果が大きく、位置決め装置１００を大幅に小形化することができる。さらに、アクチュエータ３００と可動子２１０の形状が概ね同じであることから、スライダ１１０から無駄なスペースを無くすことができる。つまり、スライダ１１０の空間体積を小さくでき、ひいては位置決め装置１００を小形化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る位置決め装置１０１について説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る位置決め装置１０１の斜視図である。

この第２実施形態に係る位置決め装置１０１は、第１実施形態とは形状が異なるリニアモータ４００を有するが、他の構成は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

スライダ１１１はリニアモータ４００の可動子４１０と、可動子４１０上に取り付けられたスライダテーブル１２０と、スライダテーブル１２０上に取り付けられたアクチュエータ３００から構成されている。リニアモータ４００はＸ−Ｙ平面（ＹはＸ方向と直交する水平方向）をギャップ面としており、可動子４１０は上下に設けられたギャップを挟んで２つの固定子４２０と対向している。ここで、リニアモータ４００は可動子４１０を電機子、固定子４２０を永久磁石の界磁として構成された永久磁石形リニア同期モータであり、上下にギャップ面を有することから、可動子４１０と固定子４２０の間に発生する磁気吸引力を相殺している。その他の構造については第１実施形態と同じである。

以上のように構成された位置決め装置１０１において、第１実施形態と異なる点は、Ｘ方向に直交する第２方向が、垂直方向にも直交するＹ方向である点、垂直方向に沿って配置した２つの固定子４２０の間に可動子４１０を配置した点などである。

リニアモータ４００の可動子４１０のＸ方向寸法をＬ、Ｙ方向寸法をＨとした場合、Ｈ／Ｌ≧１として構成されている。すなわち、固定子２２０への可動子２１０の投影面（つまりギャップ面であり、本実施形態の場合はＸ−Ｙ平面）において、第１方向であるＸ方向に直交する第２方向（本実施形態の場合は、垂直方向であるＺ方向にも直交するＹ方向）の寸法Ｈを、第１方向であるＸ方向の寸法Ｌと等しくまたは大きく設定した。本実施形態のリニアモータ４００の可動子４１０は、第１実施形態に比べるとコンパクトな形状となっている。可動子４１０のＸ方向寸法は、アクチュエータ３００のＸ方向寸法と概ね同じである。よって、スライダ１１１もコンパクトな形状を成している。また、第２実施形態ではＨ／Ｌ≧１としているが、第２実施形態は推力発生面が２面あるために、片面に置き換えた場合、Ｈ寸法を２倍として２Ｈ／Ｌ≧２と考えることができる。つまり、第１実施形態で望ましくはＷ／Ｌ≧２としたものと同じ推力発生面積となるように設定している。

このように構成することで、スライダ１１１をコンパクトな形状にすることができるので、第１実施形態と同様に、所定のＸ方向ストロークで構成された位置決め装置１０１のＸ方向寸法を小さくすることができる。特に、Ｘ方向ストロークが短い用途やスライダ１１１を複数台設ける用途では、位置決め装置１０１を大幅に小形化することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図３を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る位置決め装置１０２について説明する。図３は本発明の第３実施形態に係る位置決め装置１０２の斜視図である。

この第３実施形態に係る位置決め装置１０２は、第１、第２実施形態とは形状の異なるアクチュエータ５００を有するが、他の構成は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとする。

スライダ１１２はスライダテーブル１２０上に取り付けられた４台のアクチュエータ５００から構成されている。アクチュエータ５００は第１実施形態におけるアクチュエータ３００に比べＸ方向寸法が小さく設計されている。アクチュエータ５００の４台分のＸ方向寸法が可動子２１０のＸ方向寸法と概ね同じになっている。その他の構成については第１実施形態と同じである。

このように構成することで、第１実施形態と同様に、位置決め装置１０２を小形化することができる。さらには、１台のスライダ１１２上に複数台のアクチュエータ５００を搭載しているので、より多くの負荷を位置決めするのに有効なものになっている。

＜第４実施形態＞
次に、図４を参照しつつ、本発明の第４実施形態に係る位置決め装置１０３について説明する。図４は本発明の第４実施形態に係る位置決め装置１０３の斜視図である。

この第４実施形態に係る位置決め装置１０３は、第１実施形態のアクチュエータ３００のシャフト３０１の先端にθアクチュエータ６００を配置させた点で、第１実施形態に係る位置決め装置１００と異なり、他の構成は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

スライダ１１３はスライダテーブル１２０上に取り付けられたアクチュエータ３００と、アクチュエータ３００のシャフト３０１に取り付けられたθアクチュエータ６００から構成されている。θアクチュエータ６００はアクチュエータ３００とＸ方向寸法がほぼ同じであり、Ｚ方向に移動するシャフト３０１をＺ方向周りの回転θ方向にトルクを伝達する電磁部と機構部を備えたものである。θアクチュエータ６００の下部からはシャフト６０１が突き出しており、シャフト６０１の先端には、対象物としての負荷（図示なし）が取り付けられている。このように構成された位置決め装置１０３は、負荷をリニアモータ２００によってＸ方向に、アクチュエータ３００によってＺ方向に、θアクチュエータ６００によってθ方向に位置決めすることができる。

このように構成することで、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、スライダ１１３上にθアクチュエータ６００を搭載しているので、負荷をＸ、Ｚ方向のみならず、θ方向にも位置決めすることができる。つまり、回転が必要な用途での適用が可能になる。

＜第５実施形態＞
次に、図５を参照しつつ、本発明の第５実施形態に係る位置決め装置１０４について説明する。図５は本発明の第５実施形態に係る位置決め装置１０４の斜視図である。

この第５実施形態に係る位置決め装置１０４は、第１実施形態のアクチュエータ３００の代わりに１台で負荷をＺ方向とθ方向に位置決めすることができるθＺアクチュエータ７００を有する点で、第１実施形態に係る位置決め装置１００と異なり、他の構成は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

スライダ１１４はスライダテーブル１２０上に取り付けられたθＺアクチュエータ７００から構成されている。θＺアクチュエータ７００の下部からはシャフト７０１が突き出しており、シャフト７０１の先端には、対象物としての負荷（図示なし）が取り付けられている。このように構成された位置決め装置１０４は、負荷をリニアモータ２００によってＸ方向に、θＺアクチュエータ７００によってＺ方向とθ方向に位置決めすることができる。

このように構成することで、第４実施形態と同様に、位置決め装置１０４を小形化するとともに、負荷をＸ、Ｚのみならず、θ方向にも位置決めすることができる。

＜第６実施形態＞
次に、図６、７を参照しつつ、本発明の第６実施形態に係るリニアモータ２００について説明する。図６は本発明の第６実施形態に係るリニアモータ２００の上面図、図７は図６のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃにおける側面から見た断面図である。

この第６実施形態に係るリニアモータ２００は、第１から第５実施形態に係る位置決め装置に適用可能なものである。他の構成は同様に構成されるため、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、リニアモータ２００の詳細な構造を中心に説明することとする。なお、第２実施形態に適用される場合は、ＺをＹと読み替え、ＷをＨと読み替える。

リニアモータ２００は、電機子とする可動子２１０と界磁とする固定子２２０から構成されている。可動子２１０は電機子コア２１１ａ〜２１１ｃ、電機子巻線２１２ａ〜２１２ｃ、モールド樹脂２１３から構成されている。電機子コア２１１ａ〜２１１ｃと電機子巻線２１２ａ〜２１２ｃはＺ方向に３分割され、上から電機子コア２１１ａと電機子巻線２１２ａ、電機子コア２１１ｂと電機子巻線２１２ｂ、電機子コア２１１ｃと電機子巻線２１２ｃの組合せで構成されている。

電機子コア２１１ａには３本のティースが形成されており、そのティースに３相の電機子巻線２１２ａが巻回されている。電機子コア２１１ｂ、２１１ｃについては同様に形成されているが、電機子巻線２１２ｂ、２１２ｃについては相順の異なる並びとなっている。
電機子巻線２１２ａは左からＷ、Ｕ、Ｖ相、電機子巻線２１２ｂは左からＶ、Ｗ、Ｕ相、電機子巻線２１２ｃは左からＵ、Ｖ、Ｗ相の順に並んでいる。つまり、電気的に１２０度ずれたような構造となっている。このような構造の電機子コア２１１ａ〜２１１ｃと電機子巻線２１２ａ〜２１２ｃとが、モールド樹脂２１３によって一体に形成されている。

一方、固定子２２０はヨーク２２１と永久磁石２２２ａ〜２２２ｃから構成されている。永久磁石２２２ａ〜２２２ｃはＺ方向に３列に配置され、上から永久磁石２２２ａ、永久磁石２２２ｂ、永久磁石２２２ｃとなっている。永久磁石２２２ａはＮ極とＳ極の磁極が交互に現れるように所定のピッチ（図６では１８ｍｍ）で並べられている。永久磁石２２２ｂ、２２２ｃも同様に並べられているが、永久磁石２２２ａに対し１２ｍｍずつシフトして並べられている。つまり、１８ｍｍが電気角１８０度であるため、永久磁石２２２ａを基準として永久磁石２２２ｂが１２０度、永久磁石２２２ｃがさらに１２０度ずれたことなる。

ここで、電機子巻線２１２ａ〜２１２ｃは永久磁石２２２ａ〜２２２ｃの１２０度ずれに合わせて相順が入れ替えられているため、ずらしたことによる鎖交磁束数の低下が起きず、所定の推力を発生できるようになっている。また、可動子２１０のＸ方向寸法をＬ、Ｚ方向寸法をＷとした場合、第６実施形態におけるリニアモータ２００の形状はＷ／Ｌ＝４になっている。つまり、Ｗ／Ｌ≧２を十分超える形状に設定されている。

このような構成とすることで、可動子２１０を取り付けたスライダ１１０を前後に幅狭い形状にでき、位置決め装置１００、１０２、１０３、１０４のＸ方向寸法を小さくすることができる。さらに、リニアモータ２００をＺ方向に３分割して１２０度ずつ位相差を有する構造とすることで、可動子２１０と固定子２２０の間で発生するコギング力を相殺することができる。つまり、発生推力を低下させることなくコギング力を低減できるため、位置決め装置１００の位置決め性能を何ら落とすことなく小形化を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない

実施形態において、リニアモータの構造が電機子コアを有するものとして説明したが、電機子コアのない、いわゆるコアレス形であっても本発明が成り立つことは言うまでもない。また、リニアモータをＺ方向に３分割した際に１２０度の位相差となるようにずらしたが、２４０度であっても良い。また、リニアモータの固定子上にスライダを２台設ける構成として説明したが、１台あっても良いし、３台以上であっても良い。また、θアクチュエータやθＺアクチュエータはスライダに１台ずつ設ける構成として説明したが、スライダ上に複数台設ける構成であっても良い。

１００、１０１、１０２、１０３、１０４位置決め装置
１１０、１１１、１１２、１１３、１１４スライダ
１２０スライダテーブル
２００、４００リニアモータ
２１０、４１０可動子
２１１ａ〜２１１ｃ電機子コア
２１２ａ〜２１２ｃ電機子巻線
２１３モールド樹脂
２２０、４２０固定子
２２１ヨーク
２２２ａ〜２２２ｃ永久磁石
３００、５００アクチュエータ
６００ θアクチュエータ
７００ θＺアクチュエータ
３０１、６０１、７０１シャフト

Claims

固定子に対して可動子を水平な第１方向に相対的に駆動して位置決めするリニアモータと、
前記可動子に設けられ対象物を垂直方向に相対的に駆動して位置決めするアクチュエータと、
を備え、
前記固定子への前記可動子の投影面において、前記第１方向に直交する第２方向の寸法を、前記第１方向の寸法と等しくまたは大きく設定した位置決め装置。
前記第２方向が前記垂直方向であり、
前記可動子の前記第１方向の寸法がＬで前記垂直方向の寸法がＷであり、
Ｗ／Ｌ ≧ ２
としたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
前記可動子を電機子とし、前記固定子を界磁として構成し、
前記電機子と前記界磁を、前記第２方向において３列に分割し、
各列間の前記第１方向のずれを電気角１２０度もしくは２４０度とした
ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
前記第２方向が、前記垂直方向に直交する
ことを特徴とする請求項１または３に記載の位置決め装置。
前記垂直方向に沿って配置した２つの前記固定子の間に前記可動子を配置した
ことを特徴とする請求項４に記載の位置決め装置。
前記固定子に、前記可動子および前記アクチュエータを複数台設置した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記アクチュエータを前記可動子に複数台設置した
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記対象物の前記垂直方向周りの回転方向の位置決めを行うθアクチュエータを前記アクチュエータと連結させた
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記アクチュエータを、前記垂直方向周りの回転方向と前記垂直方向とに前記対象物を位置決め可能な一体のθＺアクチュエータとして構成した
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置決め装置。