JP3910564B2 - リニアモータ駆動直動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアモータ駆動直動装置に関し、特に、超精密加工機の直動部に使用されるリニアモータ駆動直動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
超精密加工機、例えば、非球面レンズ用金型の加工を行うような超精密加工機のワークテーブルやスピンドル台のような移動体の直動送りを、ボールねじによる送りに代えて、リニアモータにより直接行う研究開発が行われている。
【0003】
工作機械のテーブル(移動体)の送り駆動をリニアモータにより直接行うことは、特開平8−192327号公報等に示されている。
【0004】
リニアモータによる移動体の直接駆動では、送りねじによる場合のピッチ誤差、振れ誤差、ねじ部の摩耗による精度低下を生じることがなく、送りねじによる場合に比して高い送り精度が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リニアモータによる移動体の直接駆動では、リニアモータの電磁コイルと永久磁石との間に推力方向に直交する方向に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は、推力の10倍程度となり、この磁気吸引力によって固定体、移動体に曲げモーメントが作用し、固定体、移動体に変形が生じる。この変形は、僅かであっても、非球面レンズ用金型の加工を行うような並列なリニアモータを用いた超精密加工機では、無視できず、所要の加工精度を確保できなくなる。
【0007】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、磁気吸引力によって固定体或いは移動体が変形を起こすことがなく、非球面レンズ用金型の加工を行うような並列なリニアモータを用いた超精密加工機で必要とされる高い加工精度を確保できるリニアモータ駆動直動装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の第1の側面に係るリニアモータ駆動直動装置は、固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、この移動体の往復直線移動方向に永久磁石及び電磁コイルが配列された並列なリニアモータにより前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、前記固定体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記移動体に前記電磁コイルが固定装着され、前記取付部材は、前記移動体の往復直線移動方向からみたとき、前記固定体に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記固定体に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記固定体から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ永久磁石が固定されていることを特徴とする。
【0009】
この発明の第2の側面に係るリニアモータ駆動直動装置は、前記第1の側面に係るリニアモータ駆動直動装置において、前記取付部材は、前記突起部のみで前記固定体に固定され、前記底辺の中央部の両側に前記自由端をなす側辺部を備える溝形の端面形状を有し、前記取付部材の側辺部にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていて、これらの永久磁石に対向する電磁コイルが互いに背中合わせに前記移動体に取り付けられていることを特徴とする。
【0010】
上述の目的を達成するために、この発明の第3の側面に係るリニアモータ駆動直動装置は、固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、この移動体の往復直線移動方向に永久磁石及び電磁コイルが配列された並列なリニアモータにより前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、前記移動体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記固定体に前記電磁コイルが固定装着され、前記取付部材は、前記移動体の往復直線移動方向からみたとき、前記移動体に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記移動体に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記移動体から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていることを特徴とする。
【0011】
この発明の第4の側面に係るリニアモータ駆動直動装置は、前記第3の側面に係るリニアモータ駆動直動装置において、前記取付部材は、前記突起部のみで前記移動体に固定され、前記底辺の中央部の両側に前記自由端をなす側辺部を備える溝形の端面形状を有し、前記取付部材の側辺部にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていて、これらの永久磁石に対向する電磁コイルが互いに背中合わせに前記固定体に取り付けられていることを特徴とする。
【0012】
上述の構成によれば、移動体の往復直線移動方向から取付部材をみたとき、この取付部材が、移動体及び固定体の一方に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記移動体及び固定体の一方に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記移動体及び固定体の一方から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が取り付けられ、移動体及び固定体の他方に電磁コイルが固定装着されているので、磁気吸引力が取付部材の底辺中央部の突起部の変形により吸収され、従って、磁気吸引力により固定体或いは移動体が変形を起こすことがない。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。 図1はこの発明によるリニアモータ駆動直動装置が適用されて好適な非球面レンズ用金型加工用の超精密加工機を示している。
【0018】
この超精密加工機は、基台1上にベッド部2を有しており、ベッド部2にX方向のツール側ベッド部2Aを形成されている。ベッド部2にはZ軸方向のワーク側ベッド部材2Bが取り付けられている。
【0019】
ツール側ベッド部2Aにはツール側スライダ3がX軸方向に往復直線移動に設けられている。ツール側スライダ3にはツール側コラム4が設けられており、ツール側コラム4にツール側スピンドル台5がY軸方向に移動可能に設けられている。ツール側スピンドル台5はスピンドル6を有している。スピンドル6には切削工具、研削工具等が取り付けられる。ツール側スピンドル台5のY軸方向の駆動はY軸サーボモータ7による送りねじ機構によって行われる。
【0020】
ワーク側ベッド部材2Bにはワークテーブル8がZ軸方向に往復直線移動に設けられている。ワークテーブル8にはワーク側回転軸台9が固定されている。ワーク側回転軸台9はチャック(図示省略)によってワークを把持するワーク側回転軸10を有している。ワーク側回転軸10はC軸サーボモータ11により回転駆動される。
【0021】
上述のような超精密加工機において、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、ツール側ベッド部2A、ワーク側ベッド部材2Bを固定体とし、ツール側スライダ3とワークテーブル8を各々移動体として適用することができる。この発明によるリニアモータ駆動直動装置の一つの実施の形態を図2〜図4を参照して説明する。なお、これにより以降、ツール側スライダ3やワークテーブル8を総称して移動体21と呼び、ツール側ベッド部2Aやワーク側ベッド部材2Bを総称して固定体22と呼ぶ。
【0022】
移動体21と固定体22は互いに共働してV−V有限形ころがり案内による直動案内部23を左右に構成しており、移動体21は固定体22上を直動案内部23に案内されて往復直線移動する。
【0023】
移動体21の下底部中央にはコイルマウント部材24が垂下状態で固定されている。コイルマウント部材24の両側には冷却用ジャケット25を介して電磁コイル26、27が背中合わせの状態で各々固定されている。
【0024】
固定体22には溝形端面形状の取付部材28が固定されている。固定体22に対する取付部材28の固定は、底辺中央部28Aを突起部28Bによって固定体22の上面22Aより少し離間させた状態で、突起部28Bの部分のみをボルト29によって行われている。取付部材28は、底辺中央部28Aの両側に各々片持ち梁状の側辺部28C、28Dを有しており、側辺部28Cと28Dとの間に、コイルマウント部材24と共に、電磁コイル26、27を受け入れている。
【0025】
取付部材28の自由端側、すなわち、側辺部28C、28Dには、各々、移動体21の往復直線移動方向に延在する永久磁石30、31が電磁コイル26、27の各々に対向する形態で固定されている。
【0026】
これにより、一方の電磁コイル26と永久磁石30とで第1のリニアモータ32が構成され、他方の電磁コイル27と永久磁石31とで第2のリニアモータ33が構成される。第1のリニアモータ32と第2のリニアモータ33は互いに並列に設けられている。
【0027】
第1のリニアモータ32の永久磁石30と第2のリニアモータ33の永久磁石31は各々所定の磁極ピッチをもってN極とS極とを移動体21の往復直線移動方向に交互に有している。図4はこの磁極配置を模式的に示している。図4において、34はN極を、35はS極を各々示している。
【0028】
第1のリニアモータ32の永久磁石30と第2のリニアモータ33の永久磁石31の磁極位相差は、図4に示されているように、永久磁石31のN極34、S極35と永久磁石32のN極34、S極35との相互の配置位置(磁極配列方向の位置)にずれがない、零に設定されている。
【0029】
上述したように、取付部材28が実質的な片持ち梁状態で固定体22に取り付けられ、取付部材28の自由端側である側辺部28C、28Dに永久磁石30、31が取り付けられているから、永久磁石30と電磁コイル26との間、永久磁石31と電磁コイル27との間に、各々磁気吸引力が作用すると、取付部材28に曲げモーメントが作用し、側辺部28Cの先端側と側辺部28Dの先端側とが互いに近付く方向に変形する。
【0030】
この変形により曲げモーメントが吸収され、磁気吸引力が固定体22に及ぶことがなく、固定体22が変形を起こすことがない。これにより、固定体22の変形による精度低下が回避される。なお、曲げモーメントの一部はボルト29による連結部によって固定体22に伝わるが、これは極く一部で、しかも、固定体22はベッド等で、高剛性構造体であることが多いから、固定体22が問題になるほど変形することはない。
【0031】
第1のリニアモータ32の永久磁石30と第2のリニアモータ33の永久磁石31との磁極位相差が零であるから、この2組のリニアモータ32,33における磁気吸引力が相殺され、周期的なヨーイング現象が生じることがない。これにより、移動体21が磁極ピッチをもって蛇行することがなく、高精度の直進性が得られる。なお、磁極位相差が零であると、推力コギング力は増加するが、これは、第1のリニアモータ32および第2のリニアモータ33のサーボ制御系により補償することができる。
【0032】
また、直動案内部23がV−V有限形ころがり案内により構成されているから、静圧案内による場合よりも、高い剛性が得られ、高精度な送り分解能による精密な送りが行われ得るようなる。また、電磁コイル26、27が移動体21側にあるコイル移動型であるから、第1のリニアモータ32、第2のリニアモータ33の推力は常に移動体21の定点に作用し、移動体21の運動精度が安定する。
【0033】
例えば、横荷重が1500kgf/μmのとき、移動体21のヨーイングが従来に比し約1/10に減衰し、10nm程度の微小なうねりとなった。
これらのことにより、非球面レンズ用金型の加工に必要とされるような超精密加工が充分に行われ得るようになる。
【0034】
図5はこの発明によるリニアモータ駆動直動装置の他の実施の形態を示している。なお、図5において、図3に対応する部分は、図3に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【0035】
この実施の形態と上述した実施の形態との相違点は、電磁コイル26、27が固定体22側に取り付けられ、取付部材28、永久磁石30、31が移動体21側に取り付けられていることだけであり、その他の構成は同じである。
【0036】
したがって、この実施の形態でも、取付部材28の変形により曲げモーメントが吸収され、磁気吸引力が移動体21に及ぶことがなく、移動体21が変形を起こすことがない。
【0037】
これにより、移動体21の変形による精度低下が回避される。また。この実施の形態でも、第1のリニアモータ32の永久磁石30と第2のリニアモータ33の永久磁石31との磁極位相差を零とすることができ、移動体21が磁極ピッチをもって蛇行することがなく、高精度の直進性が得られる。
【0038】
この場合も、図3の構成と同程度のヨーイングの減衰が見られた。
これらのことにより、非球面レンズ用金型の加工に必要とされるような超精密加工が充分に行われ得るようになる。
【0039】
なお、上述したこの発明によるリニアモータ駆動直動装置は、ツール側スライダ3やワークテーブル8のような水平移動の移動体の駆動以外に、ツール側スピンドル台5のような垂直方向に移動する移動体の駆動にも、バランスウエイト機構等の併用によって適用するができる。
【0040】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明に係るリニアモータ駆動直動装置によれば、移動体の往復直線移動方向から取付部材をみたとき、この取付部材が、移動体及び固定体の一方に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記移動体及び固定体の一方に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記移動体及び固定体の一方から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が取り付けられ、移動体及び固定体の他方に電磁コイルが固定装着されているので、磁気吸引力が取付部材の底辺中央部の突起部の変形により吸収され、従って、磁気吸引力により固定体或いは移動体が変形を起こすことがなく、これにより、加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるリニアモータ駆動直動装置が適用されて好適な非球面レンズ用金型加工用の超精密加工機を示す正面図である。
【図2】この発明によるリニアモータ駆動直動装置の一つの実施の形態を示す側面図である。
【図3】図2の線A−A断面図である。
【図4】この発明によるリニアモータ駆動直動装置のリニアモータの磁極位相を模式的に示す説明図である。
【図5】この発明によるリニアモータ駆動直動装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基台
2 ベッド部材
2A ツール側ベッド部
2B ワーク側ベッド部材
3 ツール側スライダ
4 ツール側コラム
5 ツール側スピンドル台
8 ワークテーブル
9 ワーク側回転軸台
21 移動体
22 固定体
23 直動案内部
26、27 電磁コイル
28 取付部材
30、31 永久磁石
32 第1のリニアモータ
33 第2のリニアモータ
Claims (4)
- 固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、この移動体の往復直線移動方向に永久磁石及び電磁コイルが配列された並列なリニアモータにより前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、
前記固定体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記移動体に前記電磁コイルが固定装着され、
前記取付部材は、前記移動体の往復直線移動方向からみたとき、前記固定体に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記固定体に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記固定体から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。 - 前記取付部材は、前記突起部のみで前記固定体に固定され、前記底辺の中央部の両側に前記自由端をなす側辺部を備える溝形の端面形状を有し、
前記取付部材の側辺部にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていて、これらの永久磁石に対向する電磁コイルが互いに背中合わせに前記移動体に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ駆動直動装置。 - 固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、この移動体の往復直線移動方向に永久磁石及び電磁コイルが配列された並列なリニアモータにより前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、
前記移動体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記固定体に前記電磁コイルが固定装着され、
前記取付部材は、前記移動体の往復直線移動方向からみたとき、前記移動体に面する底辺の中央部に突起部を備え、この突起部を前記移動体に固定することにより、その突起部の左右で前記底辺の中央部を前記移動体から離間させた片持ち梁の状態におかれ、これら左右の片持ち梁の自由端にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。 - 前記取付部材は、前記突起部のみで前記移動体に固定され、前記底辺の中央部の両側に前記自由端をなす側辺部を備える溝形の端面形状を有し、
前記取付部材の側辺部にそれぞれ異なるリニアモータの永久磁石が固定されていて、これらの永久磁石に対向する電磁コイルが互いに背中合わせに前記固定体に取り付けられていることを特徴とする請求項3に記載のリニアモータ駆動直動装置。
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2003
- 2003-07-11 JP JP2003195923A patent/JP3910564B2/ja not_active Expired - Lifetime
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