JP3504637B2 - 直線駆動装置 - Google Patents

直線駆動装置

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JP3504637B2 JP2001180623A JP2001180623A JP3504637B2 JP 3504637 B2 JP3504637 B2 JP 3504637B2 JP 2001180623 A JP2001180623 A JP 2001180623A JP 2001180623 A JP2001180623 A JP 2001180623A JP 3504637 B2 JP3504637 B2 JP 3504637B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直線駆動装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】移動体を駆動し直線上を移動させる直線
駆動装置は、例えば電磁気力発生コイル等によって、移
動体を目標とする所定の方向へ直線変位移動させるもの
であるが、目標とする所定の方向以外への変位を拘束す
るために、通常、移動体をガイドするガイド手段が設け
られている。又、この直線駆動装置を精密に制御する場
合には、ガイド手段として流体軸受が用いられている。
【0003】図6は、この従来の直線駆動装置の一例の
断面図である。ベース1には、ガイド部5が設けられ、
該ガイド部5にガイドされて移動体2が図6において紙
面垂直方向に移動する。ベース1の中央部には、紙面垂
直方向、すなわち移動体2の移動方向に駆動コイル3が
配設されており、該駆動コイル3に対向し、駆動コイル
と接触しないように磁気ギャップを確保して磁石4が移
動体2に取り付けられている。この移動体2の移動方向
に正確に変位させるように、この移動体2のガイド手段
として流体軸受が用いられており、図6において、符号
7で囲んだ部分の相対向する面が空気軸受面となって、
空気軸受部を構成している。符号6は、移動体2に設け
られた空気軸受用の圧縮空気通路であり、該圧縮空気通
路6から空気軸受部7に圧縮空気を供給するようになっ
ている。 なお、符号8は、ベース1に対する移動体2
の相対移動を検出する位置・速度検出器である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、直線
駆動装置においては、この直線駆動装置が発生する推進
力とガイド手段でガイドされて移動する移動体の変位方
向が完全に並行となるように、このガイド手段を設置し
なければならない。そのため、製造工程が複雑かつ困難
となる。特に、ガイド手段として流体軸受を用いる場合
には、図6に示した従来例のようにその構造がさらに複
雑になり、精度よく組み立てることがさらに困難とな
る。又、ガイド手段を設けることは、装置全体の小型化
にも弊害となる。さらに、駆動コイルの発熱を抑えるた
めの冷却装置が必要であり、図6に示す例では省略して
いるが、駆動コイル3の中心部等に冷却用の孔を設け、
該孔に冷却媒体を流す等の冷却装置を必要とする。
【0005】そこで、本発明は、上記課題を解決するこ
とを目的とし、直線駆動装置の駆動に適した駆動コイル
を備えた直線駆動装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係わる発明
は、表面に磁石を配置した第1要素と、コイルを有する
第2要素とを備え、前記磁石面と前記コイル面とを間隙
を介して対向させ、前記コイルを励磁することにより前
記第1及び第2要素間に相対的な直線運動を発生させる
直線駆動装置において、前記第2要素に絶縁体の表面に
設けられた6条ネジ構造の螺旋溝に導電体を付着させた
コイルを用い、コイルを有する表面を滑らかに加工して
駆動面を形成し、該駆動面とこれに対向する前記第1要
素との間隙を流体軸受とし、この間隙においてコイルに
直接流体を吹き付け、コイルを冷却できる流体軸受とし
た直線駆動装置である
【0007】又、請求項2に係わる発明は、請求項1に
記載の直線駆動装置を複数個並設して1つの移動体を変
位させ、各直線駆動装置のコイルを独立に制御して移動
体の変位方向に対する姿勢を制御可能とした直線駆動装
置である。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態の駆
動コイルとその製造方法の説明図である。図1(a)示
すように、セラミックなどで形成される円柱、角柱等の
絶縁体11の長手方向表面に螺旋状の溝12を形成す
る。次に図1(b)に示すように、該溝12に溶融した
金属などの導電体13を流し込み凝固させ、表面を加工
して溝12以外の部分で導電体13が短絡しないようす
れば、絶縁体11には螺旋状の導電体13による巻線無
しコイル10が形成される。この巻線無しコイル10の
表面を流体軸受用に滑らかに加工すれば、流体軸受一
型コイルを作ることができる。
【0009】図2は、本発明の三相交流で推進磁界を発
生させる駆動コイルの一実施形態の説明図である。上述
したような螺旋状の溝を6条ネジの構造にして端面で配
線することにより、三相交流で推進磁界を発生させるよ
うにしたものである。
【0010】この三相交流で推進磁界を発生させる駆動
コイル(以下三相用駆動コイルという)20は、図2に
おいて、右側のU相入力端子Uiから+Uの溝に流し込
まれた導電体13によって、螺旋状に絶縁体11の円柱
又は角柱の表面に形成され、他方の端部の+Uの端子ま
で連続的にこの導電体13は繋がっている。そして他方
の端部において、−Uと付した端子に導線等で結線され
−Uと付した導電体13が螺旋状に繋がり、出力端子U
oで終わっている。
【0011】同様に、V相についても、V相入力端子V
iから+Vで示す螺旋状導電体13の他端の端部から導
線で−Vで示す螺旋状導電体13に接続され、出力端子
Voまで繋がっている。又、W相についても、W相入力
端子Wiから+Wで示す螺旋状導電体13の他端の端部
から導線で−Wで示す螺旋状導電体13に接続され、出
力端子Woまで繋がっている。
【0012】そして、各相の出力端子Uo、Vo、Wo
は結線されて、この3相駆動コイルはY形結線で構成さ
れている。入力端子Ui、Vi、Wiに3相電源のU、
V、W相を接続し、電流を流せば、図2において右から
推進磁界を発生させることができる。
【0013】このような駆動コイル10,20を電動機
の駆動コイルとして使用し電動機を構成することができ
る。 上述したような駆動コイルを用いて、回転式の通
常の電動機を構成することができるが、図3は、図6に
示したようなタイプの直線駆動装置のコイルに上述した
駆動コイルを適用した本発明の一実施形態である。この
実施形態では駆動コイルとして3相用駆動コイル30を
使用した例を示している。
【0014】この実施形態と図6に示した従来例と相違
する点は、駆動コイルが異なることと、該駆動コイル3
0と磁石4間において、流体軸受とする点が主な相違点
である。ベース1の中央部には、上述した絶縁体11の
溝に溶融導電体を流し込み凝固させて形成した四角柱の
駆動コイル30が紙面垂直方向を長手方向にして固定さ
れている。この駆動コイル30の表面は、流体軸受を
成するために少なくとも磁石と対面する面は滑らかに形
成されている。
【0015】ベース1と該ベース1に止めネジ等で固定
される取り付け板9によって、移動体2が紙面垂直方向
に移動可能に係合されている。該移動体2には、駆動コ
イル30の側面と対向するように磁石4が取り付けられ
ており、該磁石4と駆動コイル30の面とは接触しない
ように磁気ギャップが設けられ、かつこの対向面で空気
受部7を構成しており、駆動コイル30と磁石の対向
面はそれぞれ空気軸受を構成するように滑らかに形成さ
れている。
【0016】図3に示されるように、ベース1と移動体
2間には、ベース1の図面において左右両側の面及び取
り付け板9と移動体2間に上下方向の空気軸受部7が形
成され、又、上述したように駆動コイル30と磁石4と
の間に左右方向の空気軸受部7が形成されている。これ
ら空気軸受部7には、空気軸受用の圧縮空気流路6から
圧縮空気が供給されるようになっている。
【0017】ベース1と移動体2の対向する面は、上述
した空気軸受部7の部分以外の部分は、若干その間隙が
大きく形成されており、図3において左右に設けられた
ベース1及び取り付け板9と移動体2間の空気軸受部
で上下方向の軸受を行い、移動体2の移動をガイドす
る。又、駆動コイル30と磁石4との間の空気軸受部
によって、図3において左右方向の軸受を行い、移動体
2は、ベース本体、取り付け板9、駆動コイル30によ
ってガイドされ紙面垂直方向移動することになる。な
お、図3において、符号8は、ベース1に対する移動体
2の相対移動を検出する位置・速度検出器である。
【0018】図4は、本発明の第2の実施形態の説明図
で、この実施形態では、4角柱の駆動コイル40の左
右、上下の面において空気軸受面を構成し、これらの面
部において空気軸受部7を形成した例を示している。す
なわち、移動体2の中央部には、上述した絶縁体11の
溝に溶融導電体を流し込み凝固させて形成した4角柱の
駆動コイル40が貫通し、該駆動コイル40の長手方向
が紙面垂直方向となるように配置されている。図4にお
いて、この駆動コイル40の左右の面に磁気ギャップを
もって対向するように移動体2に磁石4が固着されてい
る。
【0019】そして、移動体2に設けられた空気軸受用
圧縮空気通路6を介して、移動体2と駆動コイル40が
対向する上下左右の空気軸受部7に、圧縮空気が供給さ
れて、移動体2は、駆動コイル40にガイドされて紙面
垂直方向に移動する。この実施形態では、移動体2は、
駆動コイル40によって、ガイドされることになるか
ら、特別なガイド手段を他に設ける必要がなくなる。
【0020】なお、図4に示した実施形態では、駆動コ
イル40の左右の面に対向してのみ移動体2に磁石4を
配置したが、上面に対しても対向するように磁石を移
動体2に配設してもよい。
【0021】図5は、本発明の第3の実施形態のヨー、
ピッチ補正機能付きの直線駆動装置の断面図である。こ
の実施形態においては、複数(図5に示す例は3つ)の
直線駆動装置が並設され、移動体2の変位方向、ピッ
チ、ヨーをセンサ等で検出し、この3つの直線駆動装置
の駆動コイルを駆動制御して、移動体の変位方向に対す
るピッチ、ヨーを補正できるようにしたものである。な
お、この実施形態においては、3つの直線駆動装置を用
いて全体として1つの移動体を駆動させて直線駆動装置
を構成するものであるから、3つの直線駆動装置を直線
駆動機構とよび、3つの直線駆動機構で構成される全体
を直線駆動装置という。
【0022】移動体2には、互いに等間隔位置に3つの
直線駆動機構が配置されている。図5に示す例では、直
線駆動機構の駆動コイル50は、円柱形状に形成されて
いる。この駆動コイル50も前述したように、絶縁体の
溝に溶融導電体を流し込み凝固させて、表面を滑らかに
形成されたもので、この駆動コイル50の長手方向が図
5の紙面垂直方向として配置され、移動体2はこの駆動
コイル50にガイドされて紙面垂直方向に移動する。
【0023】移動体2には、3つの直線駆動機構が配設
される位置に貫通孔が設けられ、該孔に、空気軸受用
縮空気通路6を形成するための管状部材51が嵌合され
ている。この管状部材51は、軸方向の1以上の位置に
周方向に全周にわたって溝が形成され(必ずしも全周に
わたってこの溝は形成しなくてもよく、後述するように
圧縮空気通路の穴6bと穴6dを連結するようにその溝
を形成すればよい)、管状部材51が移動体の孔に嵌合
されたときこの溝が圧縮空気通路6cを形成するように
なっている。
【0024】さらに、この管状部材51の内側には、そ
の内側に管状に磁石4がとりつけられた管状の磁石取付
部材4aが嵌合している。そして、この磁石4、磁石取
付部材4a及び管状部材51には、前記環状部材51の
圧縮空気通路6の溝から磁石4の表面まで連通する孔が
複数(図では4個)設けられこれが圧縮空気通路6d
形成する。
【0025】さらに、管状の磁石4に対して所定の磁気
ギャップをもって対向するように、駆動コイル50が挿
入されている。又、移動体2には、圧縮空気通路6を形
成するための軸方向の穴6aが形成されている。この穴
6aと溝で構成される圧縮空気通路6cは圧縮空気通路
6bで連結されている。なお、図5において符号52
は、軸方向に形成された圧縮空気通路6a用の孔と前記
管状部材51に形成した溝によって構成される圧縮空気
通路6cに連通させるための穴の圧縮空気通路6bを加
工した後、該移動体2の外部へと連通する部分を閉鎖し
た閉鎖部材である。
【0026】軸方向の穴の圧縮空気通路6aに供給され
た圧縮空気は、圧縮空気通路6b、6c、6dを介して
磁石4と駆動コイル50の対向面に導入され、この磁石
4と駆動コイル50の対向面が空気軸受面となり、移動
体2は、3つの駆動コイル50にガイドされて図5紙面
垂直方向に移動する。この場合、移動体2の移動方向で
ある図5の紙面垂直方向に対して移動体2が傾く、ヨ
ー、ピッチをセンサで検出し、その傾き方向に応じて、
3つの直線駆動機構の駆動コイル50を励磁を制御する
ことによって、ヨー、ピッチ補正を行うことが可能とな
り、位置精度の高い精密直線駆動装置を得ることができ
る。
【0027】上述した各実施形態では、コイルの発熱に
対する冷却手段を特別に設けていない。それは、コイル
の電流が流れ発熱する部分に直接空気軸受用の空気が接
して流れ、コイルを冷却することになるから、空気軸
体によってコイルの発熱を抑制できるからである。
【0028】なお、上述した各実施形態においては、流
体軸受として空気軸受の例を示したが、空気以外の気体
や油などの液体を用いて流体軸受としてもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明の駆動コイルは流体軸受の受面
を構成することができるから、電磁気力発生源と、軸
、コイルの冷却とを同時に行うことができる。直線駆
動装置にこの駆動コイルを用い、従来必要としたガイド
手段をこの駆動コイルの面で流体軸受面を構成し、移動
体をガイドすることができるから、特別なガイド手段を
必要としない、若しくはガイド手段を簡潔に構成するこ
とができ、冷却手段も必要がないことから、小型化が可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の駆動コイルとその製造方
法の説明図である。
【図2】三相交流で推進磁界を発生させる駆動コイルの
一実施形態の説明図である。
【図3】本発明の直線駆動装置の第1の実施形態であ
る。
【図4】本発明の直線駆動装置の第2の実施形態の要部
説明図である。
【図5】本発明の第3の実施形態であるヨー、ピッチ補
正機能付きの直線駆動装置の断面図である。
【図6】従来の直線駆動装置の一例の断面図である。
【符号の説明】
1 ベース 2 移動体 3,10,20,30,40,50 駆動コイル 4 磁石 6,6a,6b,6c,6d 空気軸受用圧縮空気通路 7 空気軸受部 11 絶縁体 12 溝 13 導電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新野 秀憲 神奈川県横浜市緑区長津田町4259東京工 業大学内 (72)発明者 橋詰 等 神奈川県横浜市緑区長津田町4259東京工 業大学内 (56)参考文献 特開 昭61−69355(JP,A) 特開 昭58−172968(JP,A) 特開 平5−346120(JP,A) 実開 昭55−83879(JP,U) 実用新案登録2524103(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 41/00 H02K 3/00 H02K 15/00 F16C 32/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に磁石を配置した第1要素と、コイ
    ルを有する第2要素とを備え、前記磁石面と前記コイル
    面とを間隙を介して対向させ、前記コイルを励磁するこ
    とにより前記第1及び第2要素間に相対的な直線運動を
    発生させる直線駆動装置において、前記第2要素に絶縁
    体の表面に設けられた6条ネジ構造の螺旋溝に導電体を
    付着させたコイルを用い、コイルを有する表面を滑らか
    に加工して駆動面を形成し、該駆動面とこれに対向する
    前記第1要素との間隙を流体軸受とし、この間隙におい
    てコイルに直接流体を吹き付け、コイルを冷却できる流
    体軸受としたことを特徴とする直線駆動装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の直線駆動装置を複数個
    並設して1つの移動体を変位させ、各直線駆動装置のコ
    イルを独立に制御して移動体の変位方向に対する姿勢を
    制御可能とした直線駆動装置。
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