JP2948010B2 - Linear driving apparatus - Google Patents

Linear driving apparatus

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JP2948010B2
JP2948010B2 JP4061392A JP4061392A JP2948010B2 JP 2948010 B2 JP2948010 B2 JP 2948010B2 JP 4061392 A JP4061392 A JP 4061392A JP 4061392 A JP4061392 A JP 4061392A JP 2948010 B2 JP2948010 B2 JP 2948010B2
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bearing
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coil motor
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  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静圧気体軸受とボイスコ
イル形モータを組み合わせた直線駆動装置に関するもの
である。
The present invention relates to relates to a linear drive that combines hydrostatic gas bearings and voice coil type motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の精密測定機等に用いる直線駆動装
置を図に示す。静圧気体軸受101に支持された断面
角形状の軸102の一端側に、コイル組立体103aお
よび磁気回路組立体103から構成されるボイスコイル
モータが配置され、他端側にリニアエンコーダ104が
取り付けられており、測定機等が軸の端部102aに取
付けられる。ボイスコイルモータ103はリニアエンコ
ーダ104の位置信号に基づいて軸102を目的とする
位置まで送る。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a conventional linear drive device used for a precision measuring instrument or the like. A voice coil motor composed of a coil assembly 103a and a magnetic circuit assembly 103 is disposed at one end of a shaft 102 having a rectangular cross section supported by a hydrostatic gas bearing 101, and a linear encoder 104 is mounted at the other end. And a measuring machine or the like is attached to the shaft end 102a. The voice coil motor 103 sends the shaft 102 to a target position based on the position signal of the linear encoder 104.

【0003】また、実開昭59−72317号公報に見
られるように、断面円形状の軸及び軸受において、軸の
回転自由度を拘束するために、軸および軸受間に、回転
防止用の係合部とその係合部に流体吹出口とを備えたも
のがあった。
As disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 59-72317, in a shaft and a bearing having a circular cross section, in order to restrict the rotational freedom of the shaft, an anti-rotation member is provided between the shaft and the bearing. In some cases, a joint portion and an engagement portion thereof are provided with a fluid outlet.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では図の構成の場合、ボイスコイルモータと静圧
気体軸受が直列に配置されているため、装置が大型化
し、また軸断面角形状の静圧気体軸受を構成するために
は、部品点数が多くなりまた、組立時に隙間調整等の調
整作業が必要となり、コストが高かった。また実公昭5
9−72317号公報記載の構成においては、回転防止
用の係合部が軸および軸受間に設けられ、係合部と係合
する相手が、長穴内壁や軸受内壁に設けられた空気流出
路となるため、これらを高精度に加工すること、および
隙間調整等が難しく生産性が悪いものであった。
However, in the above conventional example, in the case of the configuration shown in FIG. 7 , since the voice coil motor and the static pressure gas bearing are arranged in series, the apparatus becomes large, and the shaft cross section has a rectangular shape. In order to form the hydrostatic gas bearing, the number of parts is increased, and adjustment work such as gap adjustment is required at the time of assembling, and the cost is high. In addition, 5
In the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-72317, an engagement portion for preventing rotation is provided between the shaft and the bearing, and a mating member that engages with the engagement portion is an air outflow passage provided on the inner wall of the elongated hole or the inner wall of the bearing. Therefore, it is difficult to process them with high precision, and it is difficult to adjust the gap, and the productivity is low.

【0005】また、上記従来例では装置の誤動作及び人
為的ミス等により、加圧気体の供給が停止し、軸と軸受
が接触した状態になったとき、装置に外力等が作用した
場合、軸が接触状態のまま移動し軸及び軸受に損傷を与
えることがあった。
In the above conventional example, when the supply of the pressurized gas is stopped due to a malfunction of the apparatus or a human error, the shaft comes into contact with the bearing, and when an external force or the like acts on the apparatus, the shaft is Moved in a contact state, and sometimes damaged the shaft and the bearing.

【0006】さらに、ボイスコイルモータのコイルによ
り囲まれる閉空間において外部(大気)と連通している
部分はコイルとヨーク間の隙間しかなく、排気効率が悪
いため、位置決め駆動時における閉空間の体積変化に伴
う圧力変化により、コイルおよび軸がアキシャル方向
(位置決め方向)に変位(0.1μmオーダの変位)さ
せられようとし、これがアキシャル方向の振動を励起
し、位置決め精度や位置決め時間の劣化の原因となると
いう欠点があった。
Further, in the closed space surrounded by the coil of the voice coil motor, the only part that communicates with the outside (atmosphere) is only the gap between the coil and the yoke, and the exhaust efficiency is poor. Due to the pressure change accompanying the change, the coil and the shaft are about to be displaced in the axial direction (positioning direction) (displacement on the order of 0.1 μm), which excites vibration in the axial direction and causes deterioration of positioning accuracy and positioning time. There was a disadvantage that it becomes.

【0007】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たものであって、その第1の目的は、小型で簡単な構造
であって、組立作業および隙間調整等が容易な生産性の
高い直線駆動装置を提供することにある。第2の目的
は、加圧気体の供給停止により静圧気体軸受の軸と軸受
が接触した状態でこれらの軸および軸受が外力により移
動することを防止した直線駆動装置を提供することにあ
る。また、第3の目的は、直線駆動装置において、ボイ
スコイルモータのコイルによって囲まれた閉空間からの
排気効率を向上させることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and a first object of the present invention is to provide a highly productive straight line having a small size and a simple structure, which facilitates assembling work and gap adjustment. A drive device is provided. A second object is to provide a linear drive device in which the shaft and the bearing of the hydrostatic gas bearing are prevented from being moved by an external force in a state where the shaft and the bearing are in contact with each other when the supply of the pressurized gas is stopped. A third object is to improve the efficiency of exhausting from a closed space surrounded by the coil of the voice coil motor in the linear drive device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段および作用】前記第1の目
的を達成するため、本発明によれば、主機構であるボイ
スコイルモータと軸受を一体的に配置し、主機構以外の
機構を軸および軸受間の外部(軸受ハウジングの外部)
に配置したことにより、前記従来例のコストや生産性の
面での欠点を除くようにした。主機構以外の機構として
は、軸の回転自由度を拘束する回り止め機構や後述する
ロック機構などを例示することができる。前記回り止め
機構は、その構成を平面静圧気体軸受と平板状のガイド
による単純な形状とすることができ、装置全体の小型化
に役立つ。
To achieve [Means for solving and acting object, wherein the first object, according to the present invention, integrally arranged voice <br/> scan coil motor and the bearing is the main mechanism, the main mechanism Other than the mechanism between the shaft and the bearing (outside the bearing housing)
By disposing the and so excluding the disadvantages in terms of cost and productivity of the prior art. As a mechanism other than the main mechanism
Is a detent mechanism that restricts the degree of freedom of rotation of the shaft.
A lock mechanism and the like can be exemplified. The detent
The mechanism consists of a flat hydrostatic gas bearing and a flat guide.
Can be made into a simple shape, miniaturizing the entire device
Help.

【0009】また、前記第2の目的を達成するため、本
発明によれば、可動体(軸)をロックする機構を設ける
ことにより前記軸及び軸受に損傷を与えるという従来例
の欠点を除くようにしている。即ち、本発明では静圧気
体軸受とボイスコイルモータにより軸を所定の方向へ位
置決めする直線駆動装置であって、静圧気体軸受とこの
静圧気体軸受により支持される軸とをボイスコイルモー
タの磁気回路組立体内部に配置した直線駆動装置におい
て、軸の移動方向の自由度を拘束するロック機構を設け
ている。
In order to achieve the second object, according to the present invention, a mechanism for locking a movable body (shaft) is provided to eliminate the disadvantage of the conventional example that the shaft and the bearing are damaged. I am . That is, in the present invention, a linear drive device that positions a shaft in a predetermined direction by a static pressure gas bearing and a voice coil motor, wherein the static pressure gas bearing and the shaft supported by the static pressure gas bearing In a linear drive device disposed inside the magnetic circuit assembly, a lock mechanism for restricting the degree of freedom in the movement direction of the shaft is provided.

【0010】また、前記第3の目的を達成するため、本
発明によれば、静圧気体軸受とボイスコイルモータによ
り軸を所定の位置へ位置決めする直線駆動装置におい
て、ボイスコイルモータのコイルに囲まれた閉空間から
外部へ通じる排気孔を設け、これにより該閉空間からの
排気効率を向上させるようにしている。
In order to achieve the third object, according to the present invention, in a linear drive device for positioning an axis at a predetermined position by a static pressure gas bearing and a voice coil motor, the linear drive device is surrounded by a coil of the voice coil motor. An exhaust hole communicating from the closed space to the outside is provided to improve the efficiency of exhaust from the closed space.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の実施例の部分断面図であり、
図2は図1のX矢視図である。1は円筒状の軸受ハウジ
ングである。2a、2bは軸受ハウジング1に焼ばめ等
の手段により嵌着されている円環状の多孔質軸受部材で
あり円周方向に排気溝3が設けられている。4は図のよ
うに軸受ハウジングの円周方向に複数個設けられた給気
溝である。5は軸、6は微小隙間である。7は軸受ハウ
ジング1に設けられた給気孔であり、図のように給気溝
4に連通している。8は軸受ハウジング1の外周面に設
けられた排気溝であり、排気孔9が連通している。Aは
ボイスコイルモータの磁気回路組立体であり、ヨーク部
材10およびマグネット11で構成されている。10a
は外ヨーク部材、10bは内ヨーク部材である。磁気回
路組立体Aには、例えば取付け部材12が備わり、この
取付部材12がボルト13等により基台14に固定され
る。磁気回路組立体Aの内径部分に軸受ハウジング1が
嵌合され、ボルト15により固定される。Bはボイスコ
イルモータのコイル組立体であり、コイルヘッド16と
スリーブ及びコイル17で構成されている。ボイスコイ
ルモータCは磁気回路組立体Aとコイル組立体Bで構成
される。18はコイルヘッド16に設けられた排気孔で
ある。コイルヘッド16は軸5の一端に固定される。軸
5の他端にはヘッド部材19が取付けられる。19aは
図示しない測定器等の取付け面である。Dはリニアエン
コーダであり、検出ヘッド20とスケール21とで構成
される。検出ヘッド20は取付部材22により、基台1
4に固定される。スケール21はヘッド部材19のスケ
ール取付部19bに図示しない板ばね部材等により固定
される。23は遮光部材である。
FIG. 1 is a partial sectional view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow X in FIG. 1 is a cylindrical bearing housing. Reference numerals 2a and 2b denote annular porous bearing members fitted to the bearing housing 1 by shrink fitting or the like, and have exhaust grooves 3 provided in the circumferential direction. Reference numeral 4 denotes a plurality of air supply grooves provided in the circumferential direction of the bearing housing as shown in the figure. 5 is a shaft, and 6 is a minute gap. Reference numeral 7 denotes an air supply hole provided in the bearing housing 1 and communicates with the air supply groove 4 as shown in the figure. Reference numeral 8 denotes an exhaust groove provided on the outer peripheral surface of the bearing housing 1, and an exhaust hole 9 communicates therewith. A is a magnetic circuit assembly of the voice coil motor, which is composed of a yoke member 10 and a magnet 11. 10a
Denotes an outer yoke member, and 10b denotes an inner yoke member. The magnetic circuit assembly A is provided with, for example, a mounting member 12, and the mounting member 12 is fixed to the base 14 with bolts 13 or the like. The bearing housing 1 is fitted to the inner diameter portion of the magnetic circuit assembly A, and is fixed by bolts 15. B is a coil assembly of the voice coil motor, which is composed of a coil head 16, a sleeve and a coil 17. The voice coil motor C includes a magnetic circuit assembly A and a coil assembly B. Reference numeral 18 denotes an exhaust hole provided in the coil head 16. The coil head 16 is fixed to one end of the shaft 5. A head member 19 is attached to the other end of the shaft 5. Reference numeral 19a is a mounting surface for a measuring instrument (not shown). D is a linear encoder, which includes a detection head 20 and a scale 21. The detection head 20 is attached to the base 1 by the mounting member 22.
Fixed to 4. The scale 21 is fixed to the scale mounting portion 19b of the head member 19 by a leaf spring member (not shown) or the like. 23 is a light shielding member.

【0012】Eは回り止めユニットであり、図3はその
部分断面図である。回り止めユニットEは、ヘッド部材
19に固定されたガイドレート24とその両側に所定
の微小隙間25を介して配置された平板状の多孔質軸受
部材26aおよび26bを保持する保持部材27とで構
成される。28は保持部材27に設けられたポケット、
29は給気孔である。
E is a rotation preventing unit, and FIG. 3 is a partial sectional view thereof. Detent unit E is a holding member 27 for holding the plate-shaped porous bearing members 26a and 26b in which the both sides thereof guide Plate 24 fixed arranged with a predetermined small gap 25 in the head member 19 Be composed. 28 is a pocket provided on the holding member 27,
29 is an air supply hole.

【0013】図4は図2のY矢視図でエアシリンダ30
の取付け部を示す。30はエアシリンダ(例えば単動押
出し型)であり、ブラケット31により軸受ハウジング
1に固定されている。32はエアシリンダ30のロッド
に設けられたクランプヘッド、33はクランプ台であ
る。34は板ばねであり、ヘッド部材19に固定され、
図のようにクランプヘッド32とクランプ台33の間に
所定の隙間を介して配置される。
FIG. 4 is a view taken in the direction of the arrow Y in FIG.
3 shows the mounting part of. Reference numeral 30 denotes an air cylinder (for example, a single-acting extrusion type), which is fixed to the bearing housing 1 by a bracket 31. 32 is a clamp head provided on the rod of the air cylinder 30, and 33 is a clamp table. 34 is a leaf spring fixed to the head member 19,
As shown in the figure, a predetermined gap is provided between the clamp head 32 and the clamp table 33.

【0014】上記構成において、軸受ハウジング1の給
気孔7より加圧気体を供給すると円環状の多孔質軸受部
材2a、2bを通過し、微小隙間6に噴出して軸5を軸
方向に移動可能に静圧支持する。微小隙間6に噴出した
加圧気体は、ヘッド部材19側の軸受端部からは直接外
部へ排出されるとともに、他方の軸受端部及び排気孔
9、排気溝8を通って軸受ハウジング1からコイル組立
体Bに囲まれた閉空間Vへ排出され、その後、ヨーク部
材10a及びマグネット11とスリーブ17との隙間h
1 及びh2 と、排気孔18とから装置外部へ排出され
る。
In the above structure, when pressurized gas is supplied from the air supply hole 7 of the bearing housing 1, the gas passes through the annular porous bearing members 2a and 2b, is ejected to the minute gap 6, and the shaft 5 can be moved in the axial direction. To support static pressure. The pressurized gas ejected into the minute gap 6 is directly discharged to the outside from the bearing end on the head member 19 side, and passes from the bearing housing 1 through the other bearing end, the exhaust hole 9 and the exhaust groove 8 to the coil. The yoke member 10a and the gap h between the magnet 11 and the sleeve 17 are discharged to a closed space V surrounded by the assembly B.
1 and h 2 and the exhaust hole 18 are discharged to the outside of the apparatus.

【0015】一方回り止めユニットEにおいて、保持部
材27の給気孔29より加圧気体を供給すると平板状の
多孔質軸受部材26a、26bを通過して微小隙間25
に噴出しガイドプレート24を静圧支持して軸5の回転
自由度を拘束する。微小隙間25に噴出した加圧気体は
軸受端部から外部へ排出される。ボイスコイルモータC
はリニアエンコーダDからの位置信号に基づいて所定の
位置まで軸5を移動させる。エアシリンダ30は通常
(加圧気体が供給され、装置が稼動状態にあるとき)は
図のような位置にクランプヘッド32を突出させている
が、装置の誤動作又は人為的なミスにより加圧気体が供
給されなくなったときは、クランプヘッド32が引き込
まれ、板34をクランプし、軸5の軸方向の動きを拘束
する。
On the other hand, in the detent unit E, when pressurized gas is supplied from the air supply hole 29 of the holding member 27, it passes through the flat porous bearing members 26a and 26b and passes through the minute gap 25.
The nozzle guide plate 24 is statically supported to restrict the rotational freedom of the shaft 5. The pressurized gas ejected into the minute gap 25 is discharged from the bearing end to the outside. Voice coil motor C
Moves the shaft 5 to a predetermined position based on the position signal from the linear encoder D. The air cylinder 30 normally (when the pressurized gas is supplied and the apparatus is in an operating state) protrudes the clamp head 32 to a position as shown in the figure, but the pressurized gas is caused by a malfunction of the apparatus or a human error. Is no longer supplied, the clamp head 32 is retracted to clamp the plate 34 and restrain the shaft 5 from moving in the axial direction.

【0016】次に、排気孔18の直径dについて説明す
る。排気孔18の個数をnとすれば排気孔18のコンダ
クタンスC2 は数1式で表される。
Next, the diameter d of the exhaust hole 18 will be described. Assuming that the number of the exhaust holes 18 is n, the conductance C 2 of the exhaust holes 18 is expressed by the following equation (1).

【0017】[0017]

【数1】 そして、ヨーク部材10a及びマグネット11とスリー
ブ17との隙間h1 及びh2 のコンダクタンスをC1
すれば、トータルのコンダクタンスC0 は、C0 =C1
+C2 で表される。
(Equation 1) If the conductance of the gaps h 1 and h 2 between the yoke member 10 a and the magnet 11 and the sleeve 17 is C 1 , the total conductance C 0 is C 0 = C 1
+ C 2 .

【0018】閉空間Vへは軸受ハウジング1から気体が
排出されているが、コイル組立体B及び軸5の停止時
(位置決め完了時等)においては、閉空間Vの圧力と外
部(大気)の圧力はつり合っており、アキシャル方向の
位置決めに対する外乱はない。そして、ボイスコイルモ
ータCにより軸5がある程度移動させられたときの閉空
間Vの単位時間当りの体積変化ΔVに相当する流量Q
が、コイル組立体Bが移動した瞬間に隙間h1 ,h2
び排気孔18から排出されるためには、閉空間Vにおけ
る圧力が、大気圧をPa とすればΔP=Pa ・Q/C0
で表される量ΔPだけ変化する必要がある。このΔPに
より生じる力によって、コイル組立体Bはアキシャル方
向に、閉空間Vのアキシャル方向の長さをLとすればΔ
x=ΔP・L/Paで表される量Δxだけ移動されよう
とする。そしてこれが原因となってアキシャル方向の振
動が発生する。したがって、x0 をアキシャル方向の振
動の設計上の許容値とすれば、Δx<x0 を満足するコ
ンダクタンスC0 が得られるような隙間h1 ,h2 及び
排気孔18が必要である。そして一般に、ボイスコイル
モータCのヨーク部材10a及びマグネット11とスリ
ーブ17との隙間h1,h2 は、推力等によりある程度
限定されるため、必要なコンダクタンスC0 を得るに
は、排気孔18の直径dを設計条件に合わせて決定する
必要がある。排気孔18が1個または同形のものが複数
個(n個)ある場合、排気孔18の直径dは、数2式で
表される。
Gas is discharged from the bearing housing 1 to the closed space V, but when the coil assembly B and the shaft 5 are stopped (when positioning is completed, etc.), the pressure in the closed space V and the external (atmospheric) pressure are reduced. The pressures are balanced and there is no disturbance to axial positioning. A flow rate Q corresponding to a volume change ΔV per unit time of the closed space V when the shaft 5 is moved to some extent by the voice coil motor C.
But coil set for the three-dimensional B is discharged from the gap h 1, h 2 and an exhaust hole 18 at the moment when moved, the pressure in the closed space V is, atmospheric pressure P if a ΔP = P a · Q / C 0
Needs to be changed by the amount ΔP represented by If the length of the closed space V in the axial direction is L, the coil assembly B is ΔΔ
about to be moved by an amount Δx represented by x = ΔP · L / P a . This causes axial vibration. Therefore, if x 0 is a design allowable value of the vibration in the axial direction, the gaps h 1 and h 2 and the exhaust hole 18 are required to obtain the conductance C 0 satisfying Δx <x 0 . And generally, the gap h 1, h 2 of the voice coil motor C yoke member 10a and the magnet 11 and the sleeve 17, because it is to some extent limited by thrust like, to obtain a conductance C 0 required, the exhaust hole 18 It is necessary to determine the diameter d according to design conditions. When there is one or a plurality (n) of the exhaust holes 18 having the same shape, the diameter d of the exhaust holes 18 is expressed by Expression 2.

【0019】[0019]

【数2】 ここで、ηは気体の粘性係数、lは排気孔18の長さ
(≒コイルヘッド16の厚さ)、p はコイル組立体
B内部の圧力と外部の圧力の平均、nは排気孔18の数
(n=1,2,3,…)である。すなわち、ΔPによる
アキシャル方向変位Δxと、許容値x との関係が、Δ
x<x となるように排気孔18のコンダクタンスC
(=C 0 −C 1 )を求め、排気孔18の径を決定すれば、
アキシャル方向の振動を抑制することができ、位置決め
精度及び位置決め時間の向上が可能となる。
(Equation 2) Here, eta is the viscosity coefficient of the gas, l the length (≒ the thickness of the coil head 16) of the exhaust hole 18, p m is the average pressure and external pressure of the inner coil assembly B, n is an exhaust hole 18 (N = 1, 2, 3,...). That is, depending on ΔP
The axial displacement [Delta] x, the relationship between the allowable value x 0, delta
x <conductance of the exhaust hole 18 such that x 0 C 2
(= C 0 −C 1 ) and the diameter of the exhaust hole 18 is determined,
Axial vibration can be suppressed, positioning
Accuracy and positioning time can be improved.

【0020】一般に、位置決め装置におけるサーボ制御
システムの制御システムゲインを高くすることは、位置
決め精度、位置決め速度、外乱に対する制御系の安定性
等におけるサーボ性能を向上するために重要なことであ
り、そのために、通常の設計手法では、メカ系の固有振
動数fを、制御周波数f0 の3倍以上に設定する。ただ
し、メカ系の周波数特性(減衰特性)によっては、2倍
程度でも制御可能である。したがって、本発明における
直線駆動装置においても、メカ系に対して制御周波数の
2〜3倍以上の値の固有振動数となるような周波数特性
が要求される。コイル組立体B(VCMコイル)に囲ま
れた閉空間Vに排気孔18を設ける際には、コイル組立
体Bと、軸受ハウジング1、多孔質軸受部材2a,2b
等からなる直動軸受と、それによって支持される軸5と
により構成される系における固有振動数(送り系剛性)
は、稼動体の質量m、減衰係数c、および剛性kの関数
f(m,c,k)で表されるから、制御周波数をf0
するとf(m,c,k)≧2f0 となる範囲内で形状、
寸法及び個数を決めなければならない。このm,c,k
は排気孔18の形状、寸法、及び個数によって変化す
る。すなわち、排気孔18の形状、寸法、及び個数の関
数と考えられるから、この固有振動数f(m,c,k)
の値により排気孔18の形状、寸法、及び個数の上限値
が限定されることになる。
In general, increasing the control system gain of the servo control system in the positioning device is important for improving the servo performance in the positioning accuracy, the positioning speed, the stability of the control system against disturbance, and the like. , in the conventional design method, the natural frequency f of the mechanical system is set to more than 3 times the control frequency f 0. However, depending on the frequency characteristics (attenuation characteristics) of the mechanical system, control is possible even at about twice. Therefore, also in the linear drive device of the present invention, the mechanical system is required to have a frequency characteristic such that the natural frequency has a value equal to or more than two to three times the control frequency. When providing the exhaust hole 18 in the closed space V surrounded by the coil assembly B (VCM coil), the coil assembly B, the bearing housing 1, and the porous bearing members 2a, 2b
Natural frequency (feed system rigidity) in a system composed of a linear motion bearing composed of a shaft and the shaft 5 supported thereby.
Is expressed by a function f (m, c, k) of the mass m, the damping coefficient c, and the rigidity k of the moving body. Therefore, when the control frequency is f 0 , f (m, c, k) ≧ 2f 0 Shape within the range,
The dimensions and number must be determined. This m, c, k
Varies depending on the shape, size, and number of the exhaust holes 18. In other words, the characteristic frequency f (m, c, k) is considered to be a function of the shape, size, and number of the exhaust holes 18.
The upper limit value of the shape, the size, and the number of the exhaust holes 18 is limited by the above value.

【0021】ボイスコイルモータはもともと被駆動体を
ダイレクト駆動するのに最適なモータであり、設計上は
被駆動体の重心位置に合わせて配置するように工夫され
る。ボイスコイルモータのコイルは、被駆動体に取り付
けられ、被駆動体の一部となる。したがって、コイルの
重量のアンバランスが大きいと、被駆動体全体としての
重心位置がコイルに作用する推力に対して片寄った位置
になってしまう。そのため、排気孔18の位置は、例え
ば、コイルヘッド16に設ける場合、図5(a)および
(b)に示すように、重量バランスのとれる位置とする
のが望ましく、また、設計上、どうしても偏荷重となる
場合は、図5(c)に示すように、重力方向において、
駆動軸線よりも下側が重くなるように配置するのが望ま
しい。
The voice coil motor is originally an optimal motor for directly driving the driven body, and is designed so as to be arranged in accordance with the position of the center of gravity of the driven body. The coil of the voice coil motor is attached to the driven body and becomes a part of the driven body. Therefore, if the imbalance in the weight of the coil is large, the position of the center of gravity of the driven body as a whole is shifted toward the thrust acting on the coil. For this reason, when the position of the exhaust hole 18 is provided in the coil head 16, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, it is desirable that the position be balanced. In the case of a load, as shown in FIG.
It is desirable to arrange so that the lower side is heavier than the drive axis.

【0022】本実施例によれば、 1) ボイスコイルモータCの内部に軸と気体軸受が配
置されているため、駆動系の軸受に対するオーバーハン
グがなく、モーメント荷重が最小に抑えられるので高精
度な送りが可能となり、また装置の小型化が可能とな
る。
According to the present embodiment, 1) Since the shaft and the gas bearing are disposed inside the voice coil motor C, there is no overhang on the bearing of the drive system and the moment load is minimized, so that high accuracy is achieved. Feeding can be performed, and the size of the apparatus can be reduced.

【0023】2) リニアエンコーダDを測定器等を取
りつける取付面19aに近づけた配置としたため温度変
化による軸の変形の影響を受けにくくなり高精度な送り
が可能となる。
2) Since the linear encoder D is arranged close to the mounting surface 19a on which the measuring instrument or the like is mounted, the linear encoder D is less susceptible to deformation of the shaft due to a temperature change, and high-precision feeding is possible.

【0024】3) 回り止めユニットを軸受ハウジング
1の外部に配置し、また平面静圧気体軸受と、平板状の
ガイドとで構成したことにより製造および組立調整作業
が簡単でかつ軸の送り精度、姿勢精度を劣化させずに回
転自由度を拘束することが可能となる。
3) Since the non-rotating unit is arranged outside the bearing housing 1 and is composed of a flat hydrostatic gas bearing and a flat guide, the manufacturing and assembling adjustment work is easy, and the feed accuracy of the shaft is improved. It is possible to restrict the degree of freedom of rotation without deteriorating the posture accuracy.

【0025】4) エアシリンダ30によるロック機構
を設けたことにより、装置の誤動作および人為的ミスに
より加圧気体の供給が停止し軸と軸受が接触しても、軸
を固定できるようになり、軸受面及び軸表面の損傷を防
止することが可能となる。
4) By providing the lock mechanism by the air cylinder 30, even if the supply of the pressurized gas is stopped due to a malfunction of the apparatus or a human error and the shaft and the bearing come into contact, the shaft can be fixed. Damage to the bearing surface and the shaft surface can be prevented.

【0026】5) 軸および軸受を断面円形状としたた
め部品点数が少なく、また隙間は部品精度により、管理
できるため組立調整作業が不要となり安価な装置ができ
る。
5) Since the shaft and the bearing have circular cross-sections, the number of parts is small, and the gap can be managed by the precision of the parts.

【0027】6) 排気孔18を設けたことで、コイル
により囲まれる閉空間Vにおいて、排気効率が向上し、
位置決め駆動時における閉空間Vの体積変化に伴う圧力
変化によるコイル及び軸のアキシャル方向の変位が小さ
くなり、したがって、アキシャル方向の振動を小さく抑
えることができ、位置決め制度及び位置決め時間の向上
が可能となる。
6) By providing the exhaust hole 18, the exhaust efficiency is improved in the closed space V surrounded by the coil.
The displacement in the axial direction of the coil and the shaft due to the pressure change due to the volume change of the closed space V during the positioning drive is reduced, so that the axial vibration can be suppressed to be small, and the positioning accuracy and the positioning time can be improved. Become.

【0028】7) 排気孔18を設けるにあたり、メカ
系の固有振動数fが制御周波数fに対して、f≧2f
となるように排気孔18の形状、寸法、及び個数を決
めるようにしているため、メカ系の送り剛性を小さくす
ることなく制御指令に対してメカ系を十分に追従させる
ことができ、高精度で高速な位置決めが可能となる
7) When the exhaust hole 18 is provided, the natural frequency f of the mechanical system becomes f ≧ 2f with respect to the control frequency f 0 .
Since the shape, size, and number of the exhaust holes 18 are determined so as to be zero , the mechanical system can sufficiently follow the control command without reducing the feed rigidity of the mechanical system. Accurate and high-speed positioning is possible .

【0029】図6に他の実施例を示す。図1と同一部材
については説明を省略する。35は磁性体からなる軸受
ハウジングでありボイスコイルモータの磁気回路組立体
Cの図1における内ヨーク10bを兼ねている。上記構
成によれば軸受ハウジングが磁気回路組立体の一部を構
成しているため、更に小型化が可能になる。尚以上の説
明において気体軸受は、多孔質軸受部材2a、2b、2
6a、26bによる多孔質絞りとしたが、自成絞り、表
面絞り、オリフィス絞り等の他の絞り形式としてもよ
い。また、ロック機構は、エアシリンダによる方式に限
らず他の方式でもよい。
FIG . 6 shows another embodiment. Same members as in FIG.
The description of is omitted. Reference numeral 35 denotes a bearing housing made of a magnetic material, which also serves as the inner yoke 10b in FIG. 1 of the magnetic circuit assembly C of the voice coil motor. According to the above configuration, the bearing housing forms a part of the magnetic circuit assembly, so that the size can be further reduced. In the above description, the gas bearing is a porous bearing member 2a, 2b, 2
Although the porous restrictors 6a and 26b are used, other restricting forms such as self-contained restrictor, surface restrictor, and orifice restrictor may be used. Further, the lock mechanism is not limited to a system using an air cylinder, and may be another system.

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【0033】尚、以上の説明において排気孔18の形状
は丸形状としたが、所望のコンダクタンスCが得られ
れば、どのような形状でもかまわない。また、軸の断面
形状に関しては、上述した実施例においては、小型かつ
低コストを実現するため丸形状としたが、排気孔を設け
たことによる本発明の効果を得るためには、軸の断面形
状は多角形でもよい。また、適用し得る直線駆動装置
は、一軸に限らず二軸で構成されるものでもよい
[0033] Incidentally, the shape of the exhaust hole 18 was rounded in the above description, as long afford the desired conductance C 2, may be of any shape. In addition, the cross-sectional shape of the shaft is round in the above-described embodiment in order to realize a small size and low cost, but in order to obtain the effect of the present invention by providing the exhaust hole, the cross-sectional shape of the shaft is required. The shape may be polygonal. The applicable linear drive device is not limited to one axis, and may be a two-axis configuration .

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように主機構である静圧気
体軸受とその静圧気体軸受により支持される断面円形状
の軸とを、ボイスコイルモータの磁気回路組立体の内部
に配置し、主機構以外の機構を軸および軸受間の外部に
配置したことにより、 )製造および組立調整作業が簡単な回転自由度拘束手
段により安価でかつ高精度な直線駆動装置が実現でき
る。さらに、前記主機構以外の機構を小型に構成するこ
とにより、例えば軸の回転自由度を拘束する手段(回り
止め機構)であれば、その構成を平面静圧気体軸受と平
板状のガイドによる単純な形状とすることにより、 2)装置全体を小型化することができる。
As described above , the static pressure gas bearing as the main mechanism and the shaft having a circular cross section supported by the static pressure gas bearing are arranged inside the magnetic circuit assembly of the voice coil motor . By arranging a mechanism other than the main mechanism outside the shaft and the bearing, 1 ) an inexpensive and high-precision linear drive device can be realized by means of a rotational degree-of-freedom restraining means that facilitates production and assembly adjustment work. Furthermore, it is necessary to make the mechanisms other than the main mechanism compact.
Means to restrict the degree of freedom of rotation of the shaft (around
Stop mechanism), the configuration is the same as a flat hydrostatic gas bearing.
By adopting a simple shape using a plate-like guide, 2) the entire apparatus can be reduced in size.

【0036】また、上記の主機構を有する直線駆動装置
に対し、可動体(軸)をロックする機構を設けたことに
より、上記の効果に加え、 )装置の誤動作および人為的ミス等により、加圧気体
の供給が停止し、軸と軸受が接近した状態になったと
き、装置に外力等が作用した場合でも、軸が接触状態の
まま移動することがなくなり、軸および軸受の損傷を防
止できる等の効果がある。
A linear drive having the above-mentioned main mechanism
Respect, by providing the mechanism for locking the movable body (shaft), in addition to the above effects, 3) due to malfunction of the device and human error and the like, to stop the supply of pressurized gas, the shaft and the bearing is closer In such a state, even if an external force or the like acts on the device, the shaft does not move in the contact state, and there is an effect that damage to the shaft and the bearing can be prevented.

【0037】また、ボイスコイルモータのコイルに囲ま
れた閉空間から外部へ通じる排気孔を設け、あるいはさ
らに、その排気孔が所定のコンダクタンスを有するよう
にしたため、閉空間からの排気効率を向上させ、位置決
め駆動時における閉空間の体積変化に伴う圧力変化によ
るコイル及び軸のアキシャル方向の変位を小さくし、ア
キシャル方向の振動を抑え、位置決め精度及び位置決め
時間を向上させる効果がある。また、メカ系の固有振動
数fが制御周波数f0 に対してf≧2f0 となるように
排気孔の形状、寸法及び個数の上限値を決めることによ
り、メカ系の送り剛性を低下させることなく、位置決め
精度及び位置決め時間を向上させる効果がある。
Further, since an exhaust hole is provided to communicate with the outside from the closed space surrounded by the coil of the voice coil motor, or the exhaust hole has a predetermined conductance, the efficiency of exhaust from the closed space is improved. In addition, the axial displacement of the coil and the shaft due to the pressure change due to the volume change of the closed space at the time of the positioning drive is reduced, the axial vibration is suppressed, and the positioning accuracy and the positioning time are improved. Further, the feed rigidity of the mechanical system is reduced by determining the upper limit of the shape, size, and number of the exhaust holes so that the natural frequency f of the mechanical system becomes f ≧ 2f 0 with respect to the control frequency f 0 . In addition, there is an effect of improving positioning accuracy and positioning time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施例に係わる直線駆動装置の一部
断面構成図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional configuration diagram of a linear drive device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のX方向矢視図である。FIG. 2 is a view in the direction of arrow X in FIG. 1;

【図3】 本発明の実施例に係わる回り止めユニット断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a detent unit according to the embodiment of the present invention.

【図4】 図2のY方向矢視図である。FIG. 4 is a view as seen in the direction of the arrow Y in FIG. 2;

【図5】 図1の装置の排気孔の配置の説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of an arrangement of exhaust holes of the apparatus of FIG. 1;

【図6】 本発明の別の実施例に係わる直線駆動装置の
一部断面構成図である。
FIG. 6 is a partial sectional configuration diagram of a linear drive device according to another embodiment of the present invention.

【図7】 従来技術の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional technique.

【符号の説明】 1;軸受ハウジング、2a,2b;多
孔質軸受部材、5;軸、18;排気孔、24;ガイドプ
レート、26a、26b;多孔質軸受部材、27;保持
部材、30;エアシリンダ、32;クランプヘッド、3
3;クランプ台、34;板ばね、C;ボイスコイルモー
タ、D;リニアエンコーダ、E;回り止めユニット、h
,h;隙間。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; bearing housing, 2a, 2b; porous bearing member, 5; shaft, 18; exhaust hole, 24; guide plate, 26a, 26b; porous bearing member, 27; holding member, 30; Cylinder, 32; clamp head, 3
3; clamp base, 34; leaf spring, C: voice coil motor, D: linear encoder, E: non-rotating unit, h
Between the gap; 1, h 2.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−202348(JP,A) 実開 平2−22082(JP,U) 実開 平3−3175(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 33/18 Continuation of the front page (56) References JP-A-2-202348 (JP, A) JP-A-2-22082 (JP, U) JP-A-3-3175 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int) .Cl. 6 , DB name) H02K 33/18

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 静圧気体軸受とボイスコイルモータによ
り軸を所定の方向ヘ位置決めする直線駆動装置であっ
て、静圧気体軸受と該静圧気体軸受けにより支持される
軸とをボイスコイルモータの磁気回路組立体内部に配置
した直線駆動装置において、軸の移動方向の自由度を拘
束するロック機構を設けたことを特徴とする直線駆動装
置。
1. A linear drive device for positioning a shaft in a predetermined direction by a static pressure gas bearing and a voice coil motor, wherein the static pressure gas bearing and a shaft supported by the static pressure gas bearing are connected to each other by a voice coil motor. A linear drive device disposed inside a magnetic circuit assembly, wherein a lock mechanism for restricting a degree of freedom in a moving direction of a shaft is provided.
【請求項2】 前記ロック機構がエアシリンダにより構
成されることを特徴とする請求項1の直線駆動装置。
2. The linear drive device according to claim 1, wherein said lock mechanism is constituted by an air cylinder.
【請求項3】 前記エアシリンダは軸受ハウジング側に
固定され、前記静圧気体軸受への加圧気体の供給停止時
に前記軸側に固定された部材をクランプするように構成
したことを特徴とする請求項2の直線駆動装置。
3. The air cylinder is fixed to a bearing housing side and clamps a member fixed to the shaft side when supply of pressurized gas to the hydrostatic gas bearing is stopped. The linear drive according to claim 2.
【請求項4】 静圧気体軸受の軸受ハウジングがボイス
コイルモータの磁気回路組立体のヨークを兼ねているこ
とを特徴とする請求項1の直線駆動装置。
4. The linear drive device according to claim 1, wherein the bearing housing of the hydrostatic gas bearing also serves as a yoke of a magnetic circuit assembly of the voice coil motor.
【請求項5】イスコイルモータのコイルに囲まれた
閉空間から外部へ通じる排気孔を設けたことを特徴とす
請求項1記載の直線駆動装置。
5. The linear drive according to claim 1, characterized in that a vent hole leading to the outside from the closed space surrounded by the voice coil motor coil.
【請求項6】 前記閉空間には、前記静圧気体軸受から
噴出した気体の一部が排出されていることを特徴とする
請求項5の直線駆動装置。
6. The linear drive device according to claim 5, wherein a part of the gas ejected from the hydrostatic gas bearing is discharged into the closed space.
【請求項7】 前記排気孔の形状及び寸法は、位置決め
駆動したときの、前記閉空間の単位時間当りの体積変化
に相当する流量Qと、この流量QがコンダクタンスC2
なる前記排気孔から排出されるための前記閉空間内部の
圧力変化ΔPと、このΔPにより生じる力により前記コ
イル及び軸がアキシャル方向に移動させられる量Δx
と、前記直線駆動装置におけるアキシャル方向振動の設
計上の許容値x0 とから決定されることを特徴とする請
求項5記載の直線駆動装置。
7. A shape and a size of the exhaust hole include a flow rate Q corresponding to a volume change per unit time of the closed space at the time of positioning driving, and a flow rate Q corresponding to a conductance C 2.
And the amount Δx by which the coil and the shaft are moved in the axial direction by a force generated by the pressure change ΔP inside the closed space to be discharged from the exhaust hole.
If, linear drive according to claim 5, characterized in that it is determined from the allowable value x 0 Metropolitan design of axial oscillations in the linear drive.
【請求項8】 前記各パラメータ間には、大気圧をPa
とすればQ=C2 ・ΔP/Pa 、および前記閉空間のア
キシャル方向の長さをLとすればΔx=ΔP・L/Pa
なる関係が成り立ち、Δx<x0 となるコンダクタンス
2 が得られるような前記排気孔の形状及び寸法である
ことを特徴とする請求項7記載の直線駆動装置。
8. between each parameter, the atmospheric pressure P a
If Q = C 2 · ΔP / P a , and if the length of the closed space in the axial direction is L, Δx = ΔP · L / P a
The relationship holds is, [Delta] x <linear drive according to claim 7, wherein the conductance C 2 of the x 0 is the shape and size of the exhaust hole as obtained.
【請求項9】 前記排気孔の形状、寸法及び個数は、ボ
イスコイルモータのコイル、静圧気体軸受、及びこれに
支持される軸とで構成される系の固有振動数fと、制御
周波数f0 との間にf≧2f0 なる関係が成り立つ範囲
内であることを特徴とする請求項5記載の直線駆動装
置。
9. The shape, size and number of the exhaust holes are determined by a natural frequency f of a system composed of a coil of a voice coil motor, a hydrostatic gas bearing, and a shaft supported by the same, and a control frequency f. 0 and linear drive according to claim 5, wherein the f ≧ 2f 0 the relationship is within the range established during.
【請求項10】 前記静圧気体軸受の軸受ハウジングが
ボイスコイルモータの磁気回路組立体のヨークを兼ねて
いることを特徴とする請求項5記載の直線駆動装置。
10. A linear drive according to claim 5, wherein the bearing housing of the externally pressurized gas bearing also serves as a magnetic circuit assembly of the yoke of the voice coil motor.
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