JP7290815B2 - リニアモータ駆動装置及び表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータ駆動装置及び表面形状測定装置に係り、特にリニアモータとリニアモータによって駆動される被駆動部とを有するリニアモータ駆動装置及び表面形状測定装置に関する。

リニアモータとして、例えば、特許文献１に開示されたリニアモータは、棒状磁石である固定子と、固定子に嵌装されるとともにコイル部材を有し、固定子に沿って直線移動が可能な移動子と、を有している。

また、特許文献１には、検出器の駆動装置にリニアモータ駆動装置を適用した表面形状測定装置が開示されている。このリニアモータ駆動装置は、リニアモータと、検出器が取り付けられ、リニアモータによって駆動される被駆動部と、を有している。この被駆動部は、プーリに巻き掛けられたワイヤを介してバランスウェイトに連結されており、このバランスウェイトに移動子が固定されている。よって、このリニアモータ駆動装置によれば、移動子を固定子に沿って直線移動させることにより、バランスウェイトとワイヤと被駆動部とを介して検出器を移動させることができる。このように検出器の駆動装置としてリニアモータ駆動装置を適用することにより、磨耗部分がない、低振動駆動が可能である、速度範囲を大きくとれる、高剛性である、構造が簡単である、バックラッシュがない等の有利な効果を得ることができる。

特開２００４－２９７９７８号公報

しかしながら、特許文献１のリニアモータ駆動装置は、被駆動部の移動時に被駆動部がヨーイングする場合があり、被駆動部がヨーイングすると、粗さ測定精度に影響を与える場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被駆動部の移動時に生じる被駆動部のヨーイングを抑制することができるリニアモータ駆動装置及び表面形状測定装置を提供することをも目的とする。

本発明の目的を達成するために、本発明のリニアモータ駆動装置は、装置本体に水平方向に沿った第１の方向に延設された固定子と、固定子に嵌装されて固定子に沿って移動可能な移動子と、を有するリニアモータと、リニアモータの移動子に固定されて摺動面を有する被駆動部と、被駆動部に隣接して配置され、摺動面に摺接される基準面を有する直動ガイドと、被駆動部に固定され、測定子を有する検出器が取り付けられるホルダと、を備え、リニアモータ、被駆動部、直動ガイド及びホルダを第１の方向から見たときに、リニアモータ、被駆動部、直動ガイド及びホルダは、第１の方向に直交する鉛直方向に沿った第２の方向と平行な直線上に沿って配置されている。

本発明の一形態は、移動子と被駆動部との間に断熱部材が介在されていることが好ましい。

本発明の一形態は、被駆動部は、断熱部材によって構成されていることが好ましい。

本発明の目的を達成するために、本発明の表面形状測定装置は、本発明のリニアモータ駆動装置を備える表面形状測定装置であって、リニアモータ駆動装置のホルダに取り付けられた検出器と、検出器に取り付けられて第２の方向に変位可能な測定子と、を備える。

本発明によれば、被駆動部の移動時に生じる被駆動部のヨーイングを抑制することができる。

実施形態のリニアモータ駆動装置が搭載された表面粗さ測定装置の斜視図 図１に示した表面粗さ測定装置の構成を示すブロック図 図１に示したリニアモータ駆動装置の構成を示した正面図 図３のＡ－Ａ線に沿うリニアモータ駆動装置の断面図 図３のリニアモータ駆動装置を構成するリニアモータの要部拡大断面図

以下、添付図面に従って本発明に係るリニアモータ駆動装置及び表面形状測定装置の実施形態について説明する。

図１は、検出器１１２の駆動装置に実施形態のリニアモータ駆動装置１０が適用された表面粗さ測定装置１００の全体斜視図である。図２は、図１に示した表面粗さ測定装置１００の構成を示すブロック図である。

なお、図１に示すＸ軸方向は、本発明の第１の方向である水平方向であって、リニアモータ駆動装置１０によって移動される検出器１１２の移動方向を指す。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に直交する水平方向を指す。Ｚ軸方向は、本発明の第２の方向である鉛直方向であって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ直交する鉛直方向を指している。また、表面粗さ測定装置１００は、本発明の表面形状測定装置の一例である。

図１に示すように表面粗さ測定装置１００は、リニアモータ駆動装置１０、測定部１０２、データ処理装置１０４、入力装置１０６及びモニタ１０８等から構成される。測定部１０２は、測定台１１０の上面に載置された図２のワークＷの表面粗さを測定する検出器１１２を有しており、この検出器１１２がリニアモータ駆動装置１０のホルダ１１６（図１参照）に保持されている。

検出器１１２の端部には、Ｚ軸方向（鉛直方向）に変位可能な測定子（触針とも言う。）１１４が取り付けられており、この測定子１１４のＺ軸方向の変位量が検出器１１２に内蔵された不図示の差動トランスによって電圧に変換される。そして、この電圧値は不図示のＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換され、図２のデータ処理装置１０４のＣＰＵ（central processing unit）１１８に出力される。

データ処理装置１０４は、ＣＰＵ１１８を含む各演算処理回路、及びＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ１２０によって構成されており、メモリ１２０に記憶されたプログラムがＣＰＵ１１８によって実行されることにより、データ処理装置１０４の各部の機能が実現され、ワークＷの表面粗さを示す測定データが取得される。この測定データは、データ処理装置１０４の粗さ出力手段１２２によりモニタ１０８に出力され、モニタ１０８に表示される。

図１に示すように、リニアモータ駆動装置１０は、測定台１１０にＺ軸方向に立設されたコラム１２４に取り付けられている。そして、図２のＣＰＵ１１８からの指示に従って、Ｚ軸方向移動用のモータ（図示略）が駆動されることにより、リニアモータ駆動装置１０の全体がコラム１２４に沿ってＺ軸方向に移動される。また、ＣＰＵ１１８からの指示に従って、リニアモータ駆動装置１０のリニアモータ１２（図５参照）が駆動されることによりホルダ１１６がＸ軸方向に移動される。これにより、測定子１１４が検出器１１２と共にＸ軸方向に移動される。なお、測定台１１０の前面に装着されたジョイスティック１２６によって、上記のＺ軸方向移動用のモータ及びＸ軸方向移動用のリニアモータを手動操作することもできる。

次に、リニアモータ駆動装置１０について説明する。

図３は、リニアモータ駆動装置１０の構成を示した正面図であり、その要部が断面図として示されている。図４は、図３のＡ－Ａ線に沿う拡大断面図である。図５は、リニアモータ駆動装置１０を構成するリニアモータ１２の要部拡大断面図である。

リニアモータ駆動装置１０は、固定子１４及び移動子１６を主体としてなるリニアモータ１２と、装置本体である筐体１８と、固定子１４の両端部を筐体１８に固定する固定金具２０、２０と、を備えている。また、リニアモータ駆動装置１０は、図示を省略しているが、上記構成の他、移動子１６に給電を行うケーブルベア（登録商標）と、移動子１６の移動方向位置を検出するエンコーダ及びエンコーダスケールと、固定子１４の両端部近傍に設けられ、移動子１６のエンドリミットを検知するリミットセンサと、を有している。

まず、図５を参照してリニアモータ１２の一例について説明する。
このリニアモータ１２は、いわゆるシャフト型のリニアモータである。リニアモータ１２は、界磁用のマグネットが形成されている直線棒状のシャフト部材である固定子１４を有し、コイル部材を主要部として有する環状部材である移動子１６を固定子１４に嵌装することにより構成されている。

固定子１４は、着磁可能な材料、例えば、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃｏ系金属よりなり、断面が円形に形成されている。また、固定子１４は、その長手方向に沿って等ピッチの、好ましくは略矩形の磁束分布となるように着磁されている。これにより、固定子１４には、その長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが同じ磁極幅Ｐで交互に並んだ駆動用着磁部が構成されており、これが界磁用のマグネットとして構成されている。また、上記の磁極幅Ｐは、例えば３０ｍｍに設定されている。このように構成された固定子１４は、図３及び図４に示すようにＸ軸方向に延設されている。

移動子１６のコイル部材３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とするコイル群の２組（第１組のコイル群及び第２組のコイル群）よりなる。第１組のコイル群は、コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。第２組のコイル群は、コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。これらのコイルは、いずれも磁極幅Ｐの１／３の幅に形成されている。

コイル部材３０を構成するこれら各コイルは、その外周面を接着剤によってコーティングするようにして固着され一体化されている。そして、コイル部材３０は、中空直方体状の移動子フレーム３２の中空部分に内蔵されており、かつ、移動子フレーム３２の内周面に一体化して支持されている。

移動子フレーム３２の水平方向の両端部分には、固定子１４に嵌装され、固定子１４に摺動可能な軸受部３４、３４が設けられている。この軸受部３４、３４の作用により、移動子１６は固定子１４に沿って滑動される。

このリニアモータ１２によれば、既述のケーブルベアから移動子１６のコイル部材３０に電流が供給されと、移動子１６のコイル部材３０に流れる電流と固定子１４の磁束との相互作用により、フレミングの左手の法則によって、移動子１６が固定子１４に沿ってＸ軸方向に直線移動する。なお、図５のリニアモータ１２は一例であり、他の構成のリニアモータであっても本発明のリニアモータ駆動装置１０に適用することができる。他の構成のリニアモータとして、固定子１４側をコイル部材３０によって構成し、移動子１６側を駆動用着磁部によって構成したものを例示することができる。

実施形態のリニアモータ駆動装置１０は、図３及び図４に示すように、リニアモータ１２の他、被駆動部４０と、直動ガイド４２と、ホルダ１１６と、を備えている。また、リニアモータ駆動装置１０によれば、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６を図４のＸ軸方向から見たときに、Ｚ軸方向に平行な直線Ｂ上に沿って配置されている。以下、各部材の構成について説明する。

被駆動部４０は、移動子固定部材４４と、連結ブロック４６と、ホルダ装着部材４８と、を備え、移動子固定部材４４と連結ブロック４６とホルダ装着部材４８とが直線Ｂ上に沿って連設されている。

移動子固定部材４４は、板状に構成されて、リニアモータ１２の移動子１６の下部に固定される。なお、実施形態のリニアモータ駆動装置１０では、断熱シート５０を介して移動子固定部材４４が移動子１６に固定されているが、この固定構造に限定されるものではなく、移動子固定部材４４が移動子１６に直結された固定構造であってもよい。

連結ブロック４６は、略直方体形状に構成されて、移動子固定部材４４の下部に固定されている。また、移動子固定部材４４は、下面４４Ａ、４４Ａを有し、これらの下面４４Ａ、４４Ａは、平坦度の高い摺動面として構成されている。

直動ガイド４２は、略直方体形状に構成されて、Ｘ軸方向に沿って配置されている。直動ガイド４２には、Ｘ軸方向に沿ったスリット４２Ａ（図３参照）がＺ軸方向に貫通して形成されており、このスリット４２Ａに連結ブロック４６が挿入配置されている。また、直動ガイド４２は、スリット４２Ａを画成し、かつＹ軸方向に垂線を有する側面４２Ｂ、４２Ｂ（図４参照）を有する。また、直動ガイド４２は、上面４２Ｃ、４２Ｃを有し、上面４２Ｃ、４２Ｃは、下面４４Ａ、４４Ａに摺接される平坦度の高い基準面として構成されている。したがって、被駆動部４０は、移動子固定部材４４の下面４４Ａ、４４Ａが直動ガイド４２の上面４２Ｃ、４２Ｃに摺接した状態でＸ軸方向に移動されることにより、Ｘ軸方向に高い精度で移動される。

ホルダ装着部材４８は、略直方体形状に構成されて、連結ブロック４６の下部に複数のネジ５２、５２…によって連結されている。また、ホルダ装着部材４８の下部には、ホルダ１１６を装着するためのアリ溝４８Ａが備えられ、このアリ溝４８Ａにホルダ１１６のアリ部１１６Ａが係合されて、ホルダ１１６がホルダ装着部材４８に装着される。

ホルダ１１６は、略直方体形状に構成されて、Ｘ軸方向に沿った円弧状のスリット１１６Ｂが形成されている。このスリット１１６Ｂに、略円筒形状の外形を有する検出器１１２が嵌装され、検出器１１２は、ホルダ１１６の外部からスリット１１６Ｂに螺入されるネジ５４によってスリット１１６Ｂの内周面に押し付けられて固定される。このとき、測定子１１４はＺ軸方向に変位する。

上記の如く構成されたリニアモータ駆動装置１０の作用について説明する。

実施形態のリニアモータ駆動装置１０は、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６を図４のＸ軸方向から見たときに、Ｚ軸に平行な直線Ｂ上に沿って配置されているので、被駆動部４０はヨーイングすることなく、又はヨーイングが抑制された状態にＸ軸方向に移動することができる。

ここで、実施形態のリニアモータ駆動装置１０と特許文献１のリニアモータ駆動装置とを比較する。

特許文献１のリニアモータ駆動装置は、被駆動部の移動軸の方向（Ｘ軸方向）からリニアモータと被駆動部とを見たときに、リニアモータと被駆動部とが相対的に水平方向（Ｙ軸方向）にオフセットされて配置されている。このため、被駆動部は、ワイヤから捩じりモーメントを受けた状態で移動される場合があるので、移動時にＺ軸を中心としてヨーインングする場合がある。すなわち、被駆動部は、移動方向であるＸ軸方向に沿って移動する場合に、Ｚ軸を中心とする回転方向に揺動する場合があった。

これに対して、実施形態のリニアモータ駆動装置１０は、図４の如く、被駆動部４０の移動軸の方向（Ｘ軸方向）からリニアモータ１２と被駆動部４０と直動ガイド４２とホルダ１１６とを見たときに、リニアモータ１２と被駆動部４０と直動ガイド４２とホルダ１１６とは、相対的にＹ軸方向にオフセットされておらず、Ｚ軸と平行な直線Ｂ上に沿って配置されている。これにより、被駆動部４０は、リニアモータ１２から捩じりモーメントを受けることなく、又は捩じりモーメントが低減された状態で、下面４４Ａと上面４２Ｃとによる直動ガイド機構に案内されてＸ軸方向に移動する。よって、被駆動部４０の移動時に生じる被駆動部４０のヨーイングを抑制することができる。

なお、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６が、直線Ｂ上に沿って配置される形態とは、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６の各々の重心を、直線Ｂ上に沿って配置させることが最も好ましい形態であるが、この形態に限定されず、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６の各々の部材の一部が、直線Ｂ上に重なった状態で配置される形態であってもよい。これにより、リニアモータと被駆動部とが相対的に水平方向（Ｙ軸方向）にオフセットされて配置された特許文献１の形態と比較して、リニアモータ１２から被駆動部４０に伝達される捩じりモーメントを低減させることが可能となる。一例として、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６の各々の形状を、直線Ｂに対して対称形状とすれば、リニアモータ１２、被駆動部４０、直動ガイド４２及びホルダ１１６の各々の重心を、直線Ｂ上に沿って配置させることができる。

また、実施形態のリニアモータ駆動装置１０によれば、図４の如く、リニアモータ１２が被駆動部４０及び直動ガイド４２よりも高い位置に配置されている。これにより、電流の供給（励磁）によって発熱したリニアモータ１２の熱の大部分は、リニアモータ１２の上部から上方に放熱されるので、リニアモータ１２の熱が、被駆動部４０及び直動ガイド４２に伝達するのを抑制することができる。このようなリニアモータ１２の配置構成によって、摺動面である下面４４Ａ、及び基準面である上面４２Ｃの熱変形を抑制することができるので、リニアモータ１２の発熱に起因する寸法誤差を抑制することができる。

また、リニアモータ１２から被駆動部４０及び直動ガイド４２に伝達する熱を更に効果的に遮断するために、移動子１６と移動子固定部材４４との間に断熱シート５０を介在させることが好ましい。これにより、リニアモータ１２の発熱に起因する寸法誤差をより効果的に抑制することができる。断熱シート６０としては、フェノール樹脂製又はガラス繊維製のものを例示することができる。

また、断熱シート６０を用いることなく、被駆動部４０を構成する移動子固定部材４４又は連結ブロック４６の少なくとも一部（リニアモータ１２側に位置する一部）を断熱部材で構成してもよい。上記の断熱部材としては、繊維系断熱材又は発泡系断熱材を２枚の金属板（例えばアルミニウム製の板）で挟んで構成したものを例示することができる。更に、断熱部材である被駆動部４０と断熱シート６０とを組み合わせてもよい。

また、このようなリニアモータ駆動装置１０を有する表面粗さ測定装置１００によれば、リニアモータ駆動装置１０によって被駆動部４０のヨーイングが抑制されているので、ヨーイングに起因する寸法誤差を低減することができる。

また、実施形態では、リニアモータ駆動装置１０が適用される表面形状測定装置として表面粗さ測定装置１００を例示したが、検出器の測定子を被測定物に接触させて被測定物の真円度を測定する真円度測定装置の駆動装置にリニアモータ駆動装置１０を適用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

例えば、本発明の固定子は、第１の方向である水平方向に配置されるものであるが、水平方向とは完全な水平方向でなくてもよく、例えば、固定子は、水平方向に対し所定角度傾斜した方向に傾斜して配置されていてもよい。つまり、非励磁状態の移動子が固定子との間の摩擦抵抗によって、固定子に沿って摺動しない傾斜角度に配置されていればよい。また、これに伴い、本発明のリニアモータ、被駆動部、直動ガイド及びホルダは、直線Ｂ上に沿って配置されるものであるが、上記の固定子の傾斜角度に直交する直線上に沿って配置されていてもよい。

１０…リニアモータ駆動装置、１２…リニアモータ、１４…固定子、１６…移動子、１８…筐体、２０…固定金具、３０…コイル部材、３２…移動子フレーム、３４…軸受部、４０…被駆動部、４２…直動ガイド、４４…移動子固定部材、４６…連結ブロック、４８…ホルダ装着部材、５０…断熱シート、５２…ネジ、５４…ネジ、１００…表面粗さ測定装置、１０２…測定部、１０４…データ処理装置、１０６…入力装置、１０８…モニタ、１１０…測定台、１１２…検出器、１１４…測定子、１１６…ホルダ、１１８…ＣＰＵ、１２０…メモリ、１２２…粗さ出力手段、１２４…コラム、１２６…ジョイスティック

Claims (6)

1. 装置本体に水平方向に沿った第１の方向に延設された固定子と、前記固定子に嵌装されて前記固定子に沿って移動可能な移動子と、を有するリニアモータと、
   前記リニアモータの前記移動子に固定されて摺動面を有する被駆動部と、
   前記被駆動部に隣接して配置され、前記摺動面に摺接される基準面を有する直動ガイドと、
   前記被駆動部と別体であり且つ前記被駆動部と一体に移動可能に構成され、測定子を有する検出器が取り付けられるホルダと、
   を備え、
   前記リニアモータ、前記被駆動部、前記直動ガイド及び前記ホルダを前記第１の方向から見たときに、前記リニアモータ、前記被駆動部、前記直動ガイド及び前記ホルダは、前記第１の方向に直交する鉛直方向に沿った第２の方向と平行な直線上に沿って配置されている、リニアモータ駆動装置。
2. 前記リニアモータ、前記被駆動部、前記直動ガイド及び前記ホルダを前記第１の方向から見たときに、前記リニアモータ、前記被駆動部、前記直動ガイド及び前記ホルダの各々の重心が、前記第２の方向と平行な直線上に沿って配置されている、
   請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
3. 前記リニアモータ、前記被駆動部、前記直動ガイド及び前記ホルダを前記第１の方向から見たときに、前記摺動面と前記基準面はそれぞれ前記第２の方向と平行な直線を挟んで両側に備えられている、
   請求項１又は２に記載のリニアモータ駆動装置。
4. 前記移動子と前記被駆動部との間に断熱部材が介在されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のリニアモータ駆動装置。
5. 前記被駆動部は、断熱部材によって構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のリニアモータ駆動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のリニアモータ駆動装置を備える表面形状測定装置であって、
   前記リニアモータ駆動装置のホルダに取り付けられた検出器と、
   前記検出器に取り付けられて第２の方向に変位可能な測定子と、
   を備える、表面形状測定装置。

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