JP4612096B2 - ２つのチャンバーを備えた直線駆動装置とそのガイド構造 - Google Patents

Description

本発明は直線駆動装置に関し、特に、２つのチャンバーを備えた直線駆動装置に関する。

工作機械などで使用される直線駆動装置は、多数の微細溝を加工する必要がある回折格子や導光板用金型などの加工に用いられている。一般に、加工時間を短縮するためには、工具を高速駆動する必要があるが、工具を取り付けるスライドを高速に往復運動させると、スライドの加減速が大きいため、機械全体を揺らす力が生じる。
特に高精度な加工が要求される工作機械では、床振動の影響を防ぐため、エアダンパで機械全体を浮かせているので、スライドの加減速の反動により機械全体が揺れることで加工精度が悪化する。そこで、スライドを高速に駆動した場合にも、加減速の反動を打ち消す無反動の構造が考案されている。

特許文献１には、固定部のベースに対し同軸方向に移動可能なガイドとスライドを流体軸受で支持し、スライドの加減速の反動をガイドが受けることで、外部に反動が伝わらない構造の往復直線駆動装置の技術が開示されている。特許文献１に開示されるような直線駆動装置は、可動部の平衡位置がずれると駆動が不安定になるため、加工時の切削反力や駆動軸の水平からのずれといった外乱要素に対し、可動部の平衡位置を保つ機構が必要である。

特許文献２には、加工時の切削反力により可動部の駆動位置がずれるのを防ぐために磁石の反発力を利用する可動部の平衡位置を保つ機構が開示されている。図１２は特許文献２に開示される可動部の平衡位置を保つ機構を説明する図である。直線駆動装置のスライド２を高速に往復駆動させてスライド２に取り付けた工具によりワークの加工を行う場合、スライド２が受けた加工反力はカウンタスライド３に伝わる。そのため、加工反力に対向するように、カウンタスライド３の平衡位置を保つ機構として永久磁石がカウンタスライド３とガイド１に設けられている。カウンタスライド３に設けられた永久磁石９ａ，９ｂとガイドに設けられた永久磁石１０ａ，１０ｂの磁極は相互に反発力が生じる向きに配置されている。なお、特許文献２には、磁石の位置を調整することで駆動位置が調整できる構造も開示されている。

特許第４０７２５５１号公報 特願２００８−０８６４２６号（特開２００９−２３３８３７号公報）

背景技術で説明した可動部の平衡位置を保つ機構では、ワークや治具が鉄などの磁性体である場合、これらの磁石がワークや治具に引き寄せられ、可動部の駆動位置がずれる可能性がある。このため、ワークや治具を全て非磁性体にする必要がある。
磁石による反発力を用いた可動部の保持機構では、磁石間の距離の２乗に反比例した反発力が働く。このため、可動部を保持する力はカウンタスライドの位置によって大きく変動することになる。背景技術で説明した直線駆動装置は無反動で駆動できることを特徴としているが、カウンタスライドとガイドとに設けられた磁石の間の距離が近づき大きな反発力が発生すると、大きな反力がガイドに伝わり無反動ではなくなる場合がある。

さらに、加工されるワークや加工に使用される治具が磁性体である場合だけでなく、工作機械の構成部品の多くが鉄などの磁性体で構成されている。このため、背景技術で説明した従来の直線駆動装置を工作機械に搭載して使用する場合には、工作機械の軸の移動に伴い直線駆動装置の可動部の平衡位置がずれる可能性がある。

また、図１２に示されるように、スライドの移動する軸方向と垂直に磁極を向けて磁石を配置することで、磁石間の距離の変動による反発力の変動を緩和できるものの、十分には緩和することは困難である。軸方向と垂直方向に磁石の磁極を配置すると、磁力が直線駆動装置の外向きに働く分、前述した周囲の磁性体の影響を受けやすい。

そこで本発明の目的は、周囲の磁性体の影響を受けない可動部の平衡位置を保つ構造を提供することである。また、本発明の他の目的は周囲の磁性体の影響を受けない可動部の平衡位置を保つ機構を備えた直線駆動装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ガイドとカウンタスライドを備えた直線駆動装置において、前記カウンタスライドは互いに連結された２つの軸受部を有し、前記２つの軸受部の間のストロークでスライドが駆動され、前記カウンタスライドと前記スライドとの間で駆動力を発生させる手段を有し、前記ガイドは長手方向の両端に蓋を備えた直方体の中空箱型構造を有し、該中空箱型構造の内側に前記カウンタスライドが搭載され、前記中空箱型構造の内側の面を前記カウンタスライドと前記ガイドの空気軸受の軸受面とし、前記ガイドの内面と前記蓋と前記カウンタスライドとで囲まれた空間は、該ガイドの長手方向両側部に第１チャンバーと第２チャンバーとを形成し、前記カウンタスライドが前記第１チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第１チャンバー側へ流入する量が多くなり、前記カウンタスライドが前記第２チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第２チャンバー側へ流入する量が多くなる構造を備えたことを特徴とする直線駆動装置である。

請求項２に係る発明は、前記第１チャンバーおよび第２チャンバーはそれぞれ第１流体容器と第２流体容器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直線駆動装置である。
請求項３に係る発明は、前記第１チャンバーおよび第２チャンバー内の圧力をそれぞれ調整するための圧力調整手段または流体流量調節手段を前記第１流体容器と前記第２流体容器に接続したことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の直線駆動装置である。

請求項４に係る発明は、前記第１流体容器には第１オリフィスが設けられ、前記第２流体容器には第２オリフィスが設けられ、前記第１チャンバーおよび第２チャンバー内の流体がそれぞれのオリフィスを通って外部に排出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の直線駆動装置である。

請求項５に係る発明は、前記ガイドの端面に近いほど前記カウンタスライドとの軸受隙間が広がる構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直線駆動装置である。
請求項６に係る発明は、前記ガイドは、駆動方向と平行にガイド内面からガイド外面に貫通する長孔が設けられ、該長孔は前記カウンタスライドの前記２つの軸受部の両方にかかることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直線駆動装置である。

請求項７に係る発明は、直線駆動装置のガイドにおいて、前記ガイドは長手方向の両端に蓋を備えた直方体の中空箱型構造を有し、該中空箱型構造の内側にカウンタスライドが搭載され、前記カウンタスライドは互いに連結された２つの軸受部を有し、前記２つの軸受部の間のストロークでスライドが駆動され、前記カウンタスライドと前記スライドとの間で駆動力を発生させる手段を有し、前記中空箱型構造の内側の面を前記カウンタスライドと前記ガイドの空気軸受の軸受面とし、前記ガイドの内面と前記蓋と前記カウンタスライドとで囲まれた空間は該ガイドの長手方向両側部に第１チャンバーと第２チャンバーとを形成し、前記カウンタスライドが前記第１チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第１チャンバー側へ流入する量が多くなり、前記カウンタスライドが前記第２チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第２チャンバー側へ流入する量が多くなる構造を備えたことを特徴とする直線駆動装置のガイド構造である。

本発明により、周囲の磁性体の影響を受けない可動部の平衡位置を保つ構造を提供することができ、また、周囲の磁性体の影響を受けない可動部の平衡位置を保つ機構を備えた直線駆動装置を提供できる。

本発明の実施形態である直線駆動装置が有するガイド部分の斜視外観図である。 図１に示す直線駆動装置のガイド部分を切断線で切断した断面図である。 本発明の直線駆動装置の実施形態において磁石によってスライドの駆動方向を反転させる形態を説明する図である。 第１チャンバーと第２チャンバーとを備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。 第１チャンバーと第２チャンバーのそれぞれにエアタンクを取り付けた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。 ガイドの端面ほど空気軸受の隙間が広くなる構造である隙間調整軸受部を備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。 ガイドの長孔端部がカウンタスライドの軸受面にかかる構造を備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。 ガイド面の窪み部を設けた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。 スライドに取り付けられた工具を説明する図である。 直線駆動装置に工具を取り付けた外観斜視図である。 直線駆動装置に工具を取り付けた断面図である。 従来の直線駆動装置においてカウンタスライドの位置を磁石の反発力で保持する構造を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明である直線駆動装置の実施形態におけるガイド部分の斜視外観図である。ガイド１は、ガイド１の外面の所定箇所を図示省略した部材により工作機械（図示せず）の所定の軸に固定して取り付けられる。

ガイド１は対抗する一対の両端面が開口する内部が中空の箱型形状をしている。ガイド１の中空部分にスライド２とカウンタスライド３が備わっている。図１では一開口端にカウンタスライド３の一部分が見える。スライド２とカウンタスライド３については他の図面（図２、図３）を用いて説明する。また、ガイド１の少なくとも一側面には、両開口端を結ぶ軸方向に平行に延びる長孔４が設けられている。この長孔４は、スライド２に取り付けられた工具３２等が往復運動可能なように設けられる孔である。工具３２については図９を用いて後述する。

図２は、図１に示す切断線でガイド１を切断した断面を示している。ガイド１の内側の面を軸受面として、スライド２とカウンタスライド３が同軸方向に移動可能なように軸受（流体軸受）されている。前述したように、流体軸受（空気軸受）は、他の構造部よりも剛性が低い部分であり、加えた力に比例して変位する弾性体であるバネと考えることができる。スライド２とカウンタスライド３がガイド１の同一の面を軸受面とすることで、ガイド１を単純な中空箱型の構造にできる。

スライド２は工具３２（図９参照）などが取り付けられる部材であり、また、往復運動するための推力を発生するコイル５が搭載されている。ガイド１の内側面とスライド２の外側面を軸受面とし、ガイド１はスライド２を軸受（流体軸受）している。スライド２の内部には、図示省略した流体入口および該流体入口と連通する流体配管が設けられている。該流体配管に導入された圧縮流体（例えば、圧縮空気）をガイド１の軸受面に噴射することによって、スライド２はガイド１に対して圧縮流体によって軸受されている。また、コイル５に給電する給電線も設けられている。

カウンタスライド３は２つの軸受部３ａ，３ｂを有し、軸受部３ａと３ｂとは連結部３ｃで連結されている。軸受部３ａ，３ｂの内部には、図示省略した流体入口および該流体入口と連通する流体配管が設けられている。該流体配管に導入された圧縮流体（例えば、圧縮空気）をガイド１の軸受面に噴射することによって、カウンタスライド３の軸受部３ａ，３ｂは、ガイド１に対して圧縮流体によって軸受されている。

連結部３ｃには、リニアモータを構成する駆動用永久磁石６ａ，６ｂと鉄心６ｃが搭載されている。この駆動用永久磁石６ａ，６ｂの磁力とスライド２に搭載したコイル５の間で推力を発生させ、スライド２を駆動するリニアモータを構成している。

次に、スライド２の往復運動について説明する。スライド２に搭載されるコイル５に電流を流しリニアモータを駆動してスライド２を一方向に移動させる。スライド２の往復運動のストロークエンドになるとコイル５に流す電流の向きを変えて、スライド２の移動方向を反転させる。スライド２が他のストロークエンドに移動すると、再度コイル５に流す電流の向きを変えて、スライド２の移動方向を反転させる。このようにして、スライド２は、駆動用永久磁石６ａと駆動用永久磁石６ｂの間を往復運動する。駆動力はスライド２とカウンタスライド３との間で発生するので、スライド２とカウンタスライド３は作用反作用の関係から反対方向に移動する。この駆動力はガイド１には伝達されず、スライド２の加減速により発生する反力が外部（例えば、工作機械）に伝わらない。

また、カウンタスライド３の移動ストロークを短縮し直線駆動装置全体を小型化するためには、スライド２からの反力による運動量を吸収するためカウンタスライド３をスライド２よりも数〜数１０倍に重くする必要がある。スライド２自体の重量が低減すれば、カウンタスライド３の重量も低減でき、直線駆動装置全体の重量も低減できる。この観点に立てば、ガイド１の中空部分のスライド２が往復運動する軸方向に垂直な断面の形状を３角形状となす。スライド２も３角形状とすることによりスライド２の計量化を図ることができる。なお、断面円形、断面多角形など種々有りえるが、製作の容易性の観点から３角形ないし４角形の断面の直線駆動装置が望ましい。

図３は図２に示される直線駆動装置に、スライド２を反転させる力を増加させるための反転用磁石である永久磁石８を付加している。スライド２側とカウンタスライド３側にそれぞれ反転用磁石である永久磁石８を配置する。それぞれの永久磁石８は、接近すると反発力が発生する向きに磁極が配置されている。永久磁石８は、スライド２を反転させる反力を生じさせる磁石であり、スライド２（軸受部３ａ，３ｂ）に配設した永久磁石８とカウンタスライド３に配設した永久磁石８との距離が短くなると反発力が発生し、スライド２は、急激に減速され、かつ、反転方向への力を受けてスライド２は反転方向に加速される。図３に示される矢印は、永久磁石８の磁極の向きを示している。

図４は、第１チャンバーと第２チャンバーとを備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。図４は、図１〜図３に示されるガイド１の長手方向の両端に第１の蓋１１と第２の蓋１２を取り付け、第１チャンバー１３と第２チャンバー１４とを形成することを示している。第１チャンバー１３は可動部であるカウンタスライド３の軸受部３ｂとガイド１の内側面と第１の蓋１１とで形成され、第２チャンバー１４は可動部であるカウンタスライド３の軸受部３ａとガイド１の内面と第２の蓋１２とで形成される。なお、スライド２を反転させる力を増加させるための反転用磁石である永久磁石８を付加しているが、反転する力を増加する必要がなければ反転用磁石である永久磁石８を用いなくてもよい。

第１チャンバー１３と第２チャンバー１４とは図４に示されているように独立した空間である。第１チャンバー１３にはガイド１と軸受部３ｂで形成される軸受面７からの排気が流入する。第２チャンバー１４にはガイド１と軸受部３ａで形成される軸受面７からの排気が流入する。第１チャンバー１３と第２チャンバー１４へ軸受面７から流入する排気は、カウンタスライド３が第１チャンバー１３側に移動したときは第１チャンバー１３へ流入する量がより多くなり、カウンタスライド３が第２チャンバー１４側へ移動したときは第２チャンバー１４へ流入する量がより多くなる。カウンタスライド３の移動に応じて第１チャンバー１３と第２チャンバー１４とに流入する軸受面７からの流体の量を調整可能とする構造については後述する。

図５は、第１チャンバーと第２チャンバーのそれぞれにエアタンクを取り付けた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。第１エアタンク１５は第１チャンバー１３と第１連通管１７により連通しており、第２エアタンク１６は第２チャンバー１４と第２連通管１８により連通している。第１エアタンク１５と第２エアタンク１６とはそれぞれ独立したタンクである。第１エアタンク１５には第１圧力調整装置１９、第２エアタンク１６には第２圧力調整装置２０が接続されており、エアタンク内の圧力を調整できるようになっている。第１と第２エアタンク１５，１６と第１と第２チャンバー１３，１４とは第１と第２連通管１７，１８によって連通していることから、第１チャンバー１３内の圧力と第２チャンバー１４内の圧力とをそれぞれ圧力調整装置１９，２０によって調整することができる。第１と第２圧力調整装置１９，２０としては例えば、減圧弁、スピードコントローラなどを使用することができる。また、圧力調整装置１９，２０に替えて流量調整装置を用いてもよい。

カウンタスライド３の軸受部３ａ，３ｂの軸受面７からの排気の一部は、第１チャンバー１３と第２チャンバー１４内に流入する。第１チャンバー１３に流入した排気は第１連通管１７を経て第１エアタンク１５に入り、第１オリフィス２１から排出される。第２チャンバー１４に流入した排気は第２連通管１８を経て第２エアタンク１６に入り第２オリフィス２２から排出される。

図５中では、第１と第２エアタンク１５，１６から第１と第２圧力調整装置１９，２０を介して空気などの流体が流出することが示されているが、外部の圧力源（図示せず）から圧力調整装置１９，２０を介して空気などの流体をエアタンク１５，１６に流入させることで、エアタンク１５，１６内の圧力を調整することもできる。

例えば、本直線駆動装置が水平に対して右下がりに取り付けられている場合には、重量の影響でカウンタスライド３の平衡位置は本来の位置より右にずれてバランスする。この場合、例えば第１チャンバー１３内の圧力が第２チャンバー１４内の圧力よりも高くなるように、圧力調整装置１９，２０を調整することで、カウンタスライド３に左向きの力を加え、水平の平衡位置に調整することができる。

さらに、例えば第１チャンバー１３を下、第２チャンバー１４を上にして（つまり、本直線駆動装置の駆動軸を鉛直方向に向けて）配置した場合、カウンタスライド３の重量を支えられるように第１チャンバー１３内の圧力を上昇させれば、本直線駆動装置を垂直にしたままでも駆動することも可能である。

第１と第２エアタンク１５，１６が第１と第２チャンバー１３，１４に接続されていない状態において、カウンタスライド３が十分に速く右側に移動して第１チャンバー１３の容積が半分になったとすると、第１チャンバー１３内の圧力が高くなる。その圧力変動は、第１チャンバー１３を形成する第１の蓋１１を右方向に押す力として作用する。同時に第２チャンバー１４は１．５倍の容積になり圧力が下がるので、第２チャンバー１４を形成する第２の蓋１２を右方向に引っ張る力として作用する。このため、カウンタスライド３の駆動力がガイドに伝わってしまうため、直線駆動装置の無反動の性質が損なわれてしまう。

カウンタスライド３の移動に伴う第１と第２チャンバー１３，１４の容積変化が同じであれば、第１と第２チャンバー１３，１４の容積が大きければ大きいほど圧力変動は低減できる。しかし、第１と第２チャンバー１３，１４の容積を大きくすると、つまり、第１と第２チャンバー１３，１４を駆動方向に延長することになり、直線駆動装置の全長が長くなってしまう。このため、図５に示すように、第１と第２エアタンク１５，１６を第１と第２チャンバー１３，１４に接続するほうが直線駆動装置を小型化できる。そして、第１と第２チャンバー１３，１４に接続された第１と第２エアタンク１５，１６の容積が大きければ大きいほど圧力変動は低減でき、第１と第２エアタンク１５，１６の容積を第１と第２チャンバー１３，１４の数〜数百倍の容積とすることで、前述の圧力変動を数〜数百分の１に低減でき、圧力変動を無視することができる。なお、第１と第２チャンバー１３，１４と第１と第２エアタンク１５，１６を連通する第１と第２連通管１７，１８は抵抗とならないように十分太い内径のものを用いることが望ましい。

第１と第２エアタンク１５，１６に設けた第１と第２オリフィス２１，２２は排気の抵抗して作用する。流体軸受の排気は第１と第２チャンバー１３，１４に流入せず、第１と第２チャンバー１３，１４および第１と第２エアタンク１５，１６は、第１と第２オリフィス２１，２２以外密閉されていると仮定する。

カウンタスライド３に外部から力を加えて右に移動させると、第１チャンバー１３内の圧力が高まり、カウンタスライド３を左に押し戻す力が発生する。外部から力を加えるのをやめるとカウンタスライド３は元の位置に戻ろうとするが、第１オリフィス２１から空気が逃げているため、逃げた流体の分、元々の第１チャンバー１３内にあった流体の量が減っているので、元の位置に戻りきらない。同時に、第２チャンバー１４でもその逆の現象が起きる。この元に戻らない分が駆動の抵抗（減衰）として働く要素である。

本構造のように、第１と第２チャンバー１３，１４内に流体軸受の排気が流入し、第１と第２オリフィス２１，２２から常時流体が外部に放出されている状態でも、カウンタスライド３が移動すれば同様の抵抗が働く。駆動抵抗は、駆動の安定化を図る上で重要な要素である。例えば十分な駆動抵抗がない状態でスライド２に推力を与えると、特に、駆動抵抗の少ない流体軸受では僅かな推力でスライド２を高速に駆動（往復運動）させることができる。この一方で、切削抵抗などの外力（抵抗）によりスライド２の速度が著しく低下し、駆動速度の変化が大きい。逆に、十分な駆動抵抗があればその分与える推力を大きくする必要があるが、外力が加わった際の速度変化を小さくでき、駆動速度を安定化できる利点がある。

一般的に抵抗要素があれば、抵抗として失われるエネルギーが熱に変換され、装置の温度上昇を招く。例えば、図１２の従来の直線駆動装置では、ガイド１やカウンタスライド３が良好な導電体である場合、駆動時にガイド１とカウンタスライド３の相対位置が変化することで、反転用磁石の近辺では渦電流が発生し、渦電流損が駆動抵抗となる。渦電流損は熱に変換されるので、図１２に示す従来の直線駆動装置では単純に装置の温度を上昇させることになる。直線駆動装置を構成する構成部材の温度の上昇は、例えばガイド１の真直精度を悪化させ、スライド２に工具を取り付けている場合は工具の位置を変化させることになることから、装置の温度上昇は最小なほうが望ましい。
一方、本発明の直線駆動装置の実施形態においては、流体が抵抗要素であり、流体は常時流出していることから、装置の温度上昇を低減できる効果を奏する。

また、本発明の直線駆動装置の実施形態では、第１と第２チャンバー１３，１４の圧力は、カウンタスライド３の端面に均一に力を加えるので、カウンタスライド３が軸対称であれば、必ず重心に力が加わる。したがって、カウンタスライド３に不要なモーメントを加える必要がない。

図６は、ガイドの端面ほど空気軸受の隙間が広くなる構造である隙間調整軸受部を備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。ガイド１の内側の軸受面７が、ガイド１の端面に向かうほど広がる構造（隙間調整軸受部１００）となっている。カウンタスライド３に外力が加わっていなければ、第１チャンバー１３と第２チャンバー１４の圧力が等しくなる平衡位置でカウンタスライド３は静止している。流体軸受からの排気量は、単純には軸受隙間に比例するとみなせる。図６において、カウンタスライド３が右に移動した場合、第１チャンバー１３に近い側のカウンタスライド３（軸受部３ｂ）の流体軸受は軸受隙間が広がる。このため、流体軸受の軸受面７から第１チャンバー１３に流入する排気量が増大する。一方、第２チャンバー１４側では、軸受隙間が狭まることから第２チャンバー１４に流入する軸受面７から流入する排気量は減少する。この結果、第１チャンバー１３内の圧力が第２チャンバー１４の圧力よりも高くなり、カウンタスライド３を左に押し戻す力が働く。これにより、外力などでカウンタスライド３の平衡位置がずれると、自動的に元の平衡位置に戻ろうとする力がカウンタスライド３に働く。軸受隙間の変化が直線的であればこの力も直線的に変化することから、カウンタスライド３の平衡位置からのずれ量に比例した平衡位置に戻そうとする力を発生することができ、理想に近い構造である。

図７は、ガイドの長孔端部１０２がカウンタスライド３の軸受面７にかかる構造を備えた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。ガイド１に設けた長孔４の直線駆動装置の軸方向の両端面が、カウンタスライド３の軸受面７にかかる構造である。長孔４から流出する流体軸受の排気量はカウンタスライド３の位置によって異なることから、第１と第２チャンバー１３，１４内に流れ込む排気量もカウンタスライド３の位置によって変わる。換言すれば図６に示した排気量を変化させるのと同様に、カウンタスライド３を平衡位置に戻す効果がある。

図８は、ガイド面の窪み部を設けた本発明の直線駆動装置の実施形態を説明する図である。図７の実施形態では、原理的に第１と第２チャンバー１３，１４に流れ込む排気流量の変化が小さい。そこで本実施形態では、ガイド１に設けられた長孔４と同じ幅でガイド１の内側面にガイド１の端面に向かうガイド面の窪み部１０４が設けられている。

カウンタスライド３の軸受面７からの排気の一部はガイド面の窪み部１０４を介して第１と第２チャンバー１３，１４に流れ込む。ガイド面の窪み部１０４があることで、長孔４から排気される排気とガイド面の窪み部１０４に流入する排気が明確に分かれ、カウンタスライド３の位置による排気量の変化が図７に示す実施形態に比べて大きくなる。従って、ガイド面の窪み部１０４は、カウンタスライド３を平衡位置に戻す力をより大きくする効果を奏する。

図９は、スライド２に取り付けられた工具を説明する図である。スライド２に板バネ３０とピエゾ素子３４が取り付けられており、板バネ３０に工具３２が取り付けられている。ピエゾ素子３４に電圧を印加すると、ピエゾ素子３４が伸張し、工具３２が切り込み方向に変位する。スライド２の往路では工具３２を切り込み、復路では、ピエゾ素子３４への電圧の印加を停止し工具３２を逃がすことで、引き切り加工を行う。

図１０は、図９で説明した工具を取り付けた本発明の直線駆動装置の一実施形態の外観斜視図である。なお、蓋１１，１２をのみを記載し、エアタンク１５，１６等の構成は記載を省略している。工具３２は、ガイド１の少なくとも１側面に形成された長孔４を貫通してガイド１の外部に突出している。工具３２は、矢印３６方向に往復運動し、往路では、図９で説明したようにピエゾ素子３４に電圧を印加し矢印３８方向にピエゾ素子３４を伸張させることにより工具３２を切り込み方向に変位させ、ワークの切り込み加工を行う。復路ではピエゾ素子３４への電圧印加を停止しピエゾ素子３４を収縮させ、工具３２を逃がす。

以上のように、スライド２に設けたコイル５に流す電流の向きを変えることによって、スライド２を往復運動させて、かつ、このスライド２の往復運動の際、ピエゾ素子３４を駆動制御する制御手段により、例えば、スライド２の往動時にはピエゾ素子３４に所定の電圧を印加して伸張させ、工具３２に所定量の切り込み量を与えて被加工物に対して引き切り切削加工を行う。復動時にはピエゾ素子３４を縮小させ工具３２が被加工物に干渉しない位置まで退避させて復帰させる。その後、図示省略した手段によって、被加工物を相対的にスライド２の往復動作方向と直交する方向に移動させて、前述したように引き切り切削加工を行う。なお、工具３２の切り込み量はピエゾ素子３４に印加する電圧の大きさによって制御できる。

図１１は、図９で説明した工具を取り付けた本発明の直線駆動装置の一実施形態の断面図である。工具３２に切り込みと逃げの動作を行わせるピエゾ素子３４への電力の供給は、工具３２の加工動作の障害にならないスライド２の適宜な箇所に給電線の受入端（図示せず）を設ける。この受入端は、ガイド１に設けられている長孔４に面する箇所が望ましい。または、工具３２が貫通する長孔４とは別に、ガイド１の長孔４と対向する側面に長孔２３を設け、該長孔２３を介して給電線をスライド２に設けられた給電線の受入端に接続するようにしてもよい。また、コイル５の電源ラインも工具３２への給電と同様に構成することができる。さらに、流体軸受（空気軸受）である場合には、エア（空気、窒素ガスなど）を供給する配管を給電線と同様に長孔４を介してスライド２に接続する。

１ ガイド
２ スライド
３ カウンタスライド
３ａ，３ｂ 軸受部
３ｃ 連結部
４ 長孔
５ コイル
６ａ，６ｂ 駆動用永久磁石
６ｃ 鉄心
７ 軸受面
８ 永久磁石
９ａ，９ｂ 磁石
１０ａ，１０ｂ 磁石
１１ 第１の蓋
１２ 第２の蓋
１３ 第１チャンバー
１４ 第２チャンバー
１５ 第１エアタンク
１６ 第２エアタンク
１７ 第１連通管
１８ 第２連通管
１９ 第１圧力調整装置
２０ 第２圧力調整装置
２１ 第１オリフィス
２２ 第２オリフィス
１００ 隙間調整軸受部
１０２ 長孔端部
１０４ ガイド面の窪み部

Claims (7)

1. ガイドとカウンタスライドを備えた直線駆動装置において、
   前記カウンタスライドは互いに連結された２つの軸受部を有し、前記２つの軸受部の間のストロークでスライドが駆動され、前記カウンタスライドと前記スライドとの間で駆動力を発生させる手段を有し、
   前記ガイドは長手方向の両端に蓋を備えた直方体の中空箱型構造を有し、
   該中空箱型構造の内側に前記カウンタスライドが搭載され、
   前記中空箱型構造の内側の面を前記カウンタスライドと前記ガイドの空気軸受の軸受面とし、
   前記ガイドの内面と前記蓋と前記カウンタスライドとで囲まれた空間は、該ガイドの長手方向両側部に第１チャンバーと第２チャンバーとを形成し、
   前記カウンタスライドが前記第１チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第１チャンバー側へ流入する量が多くなり、前記カウンタスライドが前記第２チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第２チャンバー側へ流入する量が多くなる構造を備えたことを特徴とする直線駆動装置。
2. 前記第１チャンバーおよび第２チャンバーはそれぞれ第１流体容器と第２流体容器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直線駆動装置。
3. 前記第１チャンバーおよび第２チャンバー内の圧力をそれぞれ調整するための圧力調整手段または流体流量調節手段を前記第１流体容器と前記第２流体容器に接続したことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の直線駆動装置。
4. 前記第１流体容器には第１オリフィスが設けられ、前記第２流体容器には第２オリフィスが設けられ、前記第１チャンバーおよび第２チャンバー内の流体がそれぞれのオリフィスを通って外部に排出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の直線駆動装置。
5. 前記ガイドの端面に近いほど前記カウンタスライドとの軸受隙間が広がる構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直線駆動装置。
6. 前記ガイドは、駆動方向と平行にガイド内面からガイド外面に貫通する長孔が設けられ、該長孔は前記カウンタスライドの前記２つの軸受部の両方にかかることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直線駆動装置。
7. 直線駆動装置のガイドにおいて、
   前記ガイドは長手方向の両端に蓋を備えた直方体の中空箱型構造を有し、
   該中空箱型構造の内側にカウンタスライドが搭載され、
   前記カウンタスライドは互いに連結された２つの軸受部を有し、前記２つの軸受部の間のストロークでスライドが駆動され、前記カウンタスライドと前記スライドとの間で駆動力を発生させる手段を有し、
   前記中空箱型構造の内側の面を前記カウンタスライドと前記ガイドの空気軸受の軸受面とし、
   前記ガイドの内面と前記蓋と前記カウンタスライドとで囲まれた空間は該ガイドの長手方向両側部に第１チャンバーと第２チャンバーとを形成し、
   前記カウンタスライドが前記第１チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第１チャンバー側へ流入する量が多くなり、前記カウンタスライドが前記第２チャンバー側に移動したときには前記空気軸受の排気が前記第２チャンバー側へ流入する量が多くなる構造を備えたことを特徴とする直線駆動装置のガイド構造。

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