JPH0426970B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は駆動部にリニアモータを使用したXY
テーブルに関する。 （従来の技術） 従来のXYテーブルにおいては、中間サドルを
介して基台に取付けられたテーブル本体が互いに
直交するＸ軸、Ｙ軸方向に摺動自在となるように
構成させており、その送り機構はボールねじとサ
ーボモータもしくはステツピングモータ等の回転
モータが組合わされて構成されていた（特開昭58
−214015号）。 すなわち、基台上部には回動自在のねじ軸がＸ
軸方向へ配設され、このねじ軸に螺合されるナツ
トが中間サドルに固定されていて、ねじ軸端部に
連結された回転モータの回転により、この中間サ
ドルがねじ軸に沿つてＸ軸方向に移動されてい
た。さらに中間サドル上部にも同様にボールねじ
のねじ軸が上記ねじ軸と直交するＹ軸方向に配設
されており、ねじ軸に螺合されるナツトがテーブ
ル本体下部に固定され、ねじ軸端部に連結された
回転モータの回転によりテーブル本体を中間サド
ルに対してＹ軸方向に移送するようになつてい
た。 またボールねじの回転とともに、ナツトも相対
的に回転するようにして、ボールねじとナットと
の回転の和と差によりテーブル本体の微動および
早送りを可能とした移送装置も知られている。 （発明が解決しようとする問題点） ところで、上記した従来例の構造にあつては、
回転モータの回転を制御することによりテーブル
本体のＸ軸、Ｙ軸方向の移送が制御されている
が、回転モータやボールねじ等が搭載されるため
に移動部分の慣性力が大きく、始動時や停止時の
応答性が悪くなつて位置決め精度が悪くなるとい
う問題があつた。 またボールねじを使用するため、回転トルクに
よりねじ軸にねじれが生じたり、ねじ軸とナツト
との間にバツクラツシユが生じて応答性が悪く、
やはり位置決め精度を高精度にできないという問
題があつた。 また回転モータおよびボールねじを取付けるス
ペースが必要となり、XYテーブル全体の大きさ
が大きくなるといつた問題もあつた。 そこで、実公昭54−32166号公報に記載されて
いるようなリニアモータを駆動源とすることが考
えられる。リニアモータを用いれば、ボールねじ
等の伝動機構が不要となり、上記したボールねじ
を用いる場合の諸問題を解消することができる。 しかしこのようなリニアモータの場合には、安
定走行を図るために固定子と可動子間のギヤツプ
を一定に維持しなければならない。 一方、テーブルは工作機械等に使用されるもの
で負荷荷重が大きく、しかも上下、左右、モーメ
ント等の種々の方向の荷重が加わり、かつその荷
重は一定でなく衝撃的に加わつたり、色々と変化
する。そのため、ギヤツプを一定に維持すること
が難しく、テーブルの支持構造が重要となる。 一方、テーブルの位置決め精度や作動応答性を
向上させるためには、可動子と固定子間のギヤツ
プを可及的に小さくして推力および停止保持力を
大きくする必要があるが、ギヤツプの変動によつ
て両者が干渉するおそれがあるためにギヤツプを
小さくするにも限界があつた。 そこで本発明は、リニアモータを使用すること
によりテーブル本体等の移動部の軽量化を図ると
共に、テーブル本体をリニアベアリングを介して
支持することにより、始動時および停止時の応答
性を向上させてテーブル本体の位置決め精度を向
上させることを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明にあつて
は、第１のリニアベアリングを介して基台に中間
サドルをＸ軸方向へ摺動自在に取付けると共に、
上記中間サドルには第２のリニアベアリングを介
してテーブル本体を上記Ｘ軸と直交するＹ軸方向
へ摺動自在に取付け、上記中間サドルと基台との
間および中間サドルとテーブル本体との間にそれ
ぞれ固定子と可動子よりなるリニアモータを介在
させたリニアモータ付XYテーブルにおいて、前
記基台上面の両側縁にＸ軸方向に互いに平行に延
びる一対の軌道台を敷設すると共に、該一対の軌
道台の外側にそれぞれ負荷ボールを介して前記第
１のリニアベアリングを軌道台に沿つて移動自在
に設け、さらに前記第１のリニアベアリングを中
間サドルの下面に取付け、一方、テーブル本体下
面の両側縁にＹ軸方向に互いに平行に延びる一対
の軌道台を敷設すると共に、該一対の軌道台の外
側にそれぞれ負荷ボールを介して前記第２のリニ
アベアリングを軌道台に沿つて移動自在に設け、
さらに前記第２のリニアベアリングを中間サドル
上面に取付け、記リニアモータはそれぞれＸ軸、
Ｙ軸方向に配列される複数列の固定子と可動子の
組により構成され、リニアモータの各可動子を中
間サドルの基台およびテーブル本体との対向面に
それぞれ第１および第２のリニアベアリングの間
の空間を利用して取付けると共に、一方、各固定
子はそれぞれ基台とテーブル本体に取付け、前記
第１、第２のリニアベアリングは一側面に長手方
向に延びる凹溝を備えた断面矩形状の長尺ブロツ
ク体で、無限循環する上下２条の負荷ボール列を
有し、前記凹溝の上下内側面を軌道台に向かつて
略90度に開く傾斜面とし、一方、軌道台には前記
凹溝内に入り込む突堤を設け、該突堤の上下側面
を前記凹溝の上下内側面と対向するような略90度
の傾斜面とし、前記凹溝の上下内側面および軌道
台の突堤の上下側面に互いに対向するボール転走
溝を設け、該対向するボール転走溝間に前記負荷
ボール列を転動自在に介在させることによつて前
記第１、第２のリニアベアリングの２条の負荷ボ
ール列を各突堤の上下両側面を挟持するように配
置して各負荷ボールのボール転走溝とのボール接
触角をほぼ45度に設定し、さらに、第１、第２の
リニアベアリングに対しては、それぞれ一方のリ
ニアベアリングの背面を軌道台に向つて押圧し、
その押圧力の反力を利用して中間サドルを介して
他方のリニアベアリングを軌道台に対して押圧す
ることにより一対の軌道台の双方のリニアベアリ
ングのボールに予圧を均等に付与する〓間調整ボ
ルトを中間サドルに設けて成ることを特徴とす
る。 （実施例） 以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。本発明の一実施例に係るリニアモータ付XY
テーブルを示す図１ないし図６において、１は基
台であり、３は中間サドル２を介して基台１に取
付けられるテーブル本体である。 基台１の長手方向をＸ軸、基台１の上面と平行
であつてＸ軸と直交する方向をＹ軸とすると、基
台１の上面にはＸ軸方向に延びる軌道台４，４が
平行に配設されており、これらの軌道台４，４は
中間サドル２の下面に取付けられた４個のリニア
ベアリング５，５，５，５により挟持され、中間
サドル２は軌道台４，４の軸方向に摺動自在とな
つている。さらに中間サドル２上面にも４個のリ
ニアベアリング５，５，５，５が取付けられ、こ
のリニアベアリング５，５，５，５によつてテー
ブル本体３の下面にＹ軸方向に配設された軌道台
６，６が挟持され、テーブル本体３は基台１に対
してＹ軸方向に摺動自在となつている。 リニアベアリング５，……は第３図に示すよう
に、一側面に長手方向に延びる凹溝５ｇを備えた
断面矩形状の長尺ブロツク体で、凹溝５ｇの上下
内側面が略90度に開く傾斜面とし、上下両内側面
に２条のボール転走溝５ａ，５ａが設けられ、か
つ内部にボール逃げ穴５ｂ，５ｂが設けられたベ
アリングブロツク５ｃと、２条の負荷ボール列を
保持する保持器５ｄと、ボール転走溝５ａ，５ａ
とボール逃げ穴５ｂ，５ｂとを連通する側蓋５
ｅ，５ｅとから構成されており、負荷ボール５
ｆ，……はボール転走溝５ａ，５ａおよびボール
逃げ穴５ｂ，５ｂ間を循環するようになつてい
る。このボール転走溝５ａ，５ａと負荷ボール５
ｆとの接触角αはほぼ45度となつているが、45度
に限定されるものではなく30〜60度の範囲であれ
ばよい。このリニアベアリング５，５と対向する
各軌道台４，４の側面には凹溝５ｇに入り込む突
堤４ａ，４ａが設けられ、リニアベアリング５，
５の上下２条の負荷ボール５ｆ，５ｆは各突堤４
ａ，４ａの上下両側面を挟持するように配置され
ている。この上下両側面は凹溝５ｇの上下両側面
と対向するような略90度の傾斜面となつている。 また基台１と中間サドル２との間および中間サ
ドル２とテーブル本体３との間のリニアベアリン
グ５，５，５，５と軌道台４，４および６，６と
の〓間は、〓間調整ボルト７，……によつて調整
されている。すなわち〓間調整ボルト７，……を
締め込むことによつてリニアベアリング５，５は
軌道台４側に押圧されるとともに〓間調整ボルト
７，７の押圧力の反力が中間サドル２を介して反
対側のリニアベアリング５，５に作用し、軌道台
４側に押圧して負荷ボール５ｆ，……に均等に予
圧をかけている。 一方、中間サドル２と基台１との間、および中
間サドル２とテーブル本体３との間にはそれぞれ
リニアモータが介在されている。リニアモータは
本実施例においてはリニアパルスモータで、可動
子８と固定子９との組合せにより構成されてお
り、パルス発生源（図示せず）から可動子８にパ
ルスを入力することにより作動するようになつて
いる。 すなわち基台１上には、軌道台４，４と平行に
磁性体よりなる２列の平板状の第１の固定子９ａ
と第２の固定子９ｂとがＸ軸方向に配設されてお
り、一方中間サドル２の下面には第１の固定子９
ａおよび第２の固定子９ｂに対面させて、可動子
８，８，８，８が取付けられている。各可動子８
は永久磁石８ａを中心に介在させてその左右に２
つの磁気コアを対向配置して構成されており、一
方の磁気コアには永久磁石８ａによりＮ極に磁化
された第１の磁極８ｂおよび第２の磁極８ｃが形
成され、他方の磁気コアには永久磁石８ａにより
Ｓ極に磁化された第３の磁極８ｄおよび第４の磁
極８ｅが形成されている。 第１の固定子９ａおよび第２の固定子９ｂに
は、第６図に示すようにＸ軸を横切つて延びる断
面コ字形状の固定歯１０がＸ軸方向に略全長にわ
たつて、同一ピツチＰで等間隔に設けられてい
る。各磁極８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅにも第１の固
定子９ａおよび第２固定子９ｂと同一のピツチの
磁極歯が形成されている。 Ｎ極側の第１の磁極８ｂおよび第２の磁極８ｃ
には、第１のコイル１１ａおよび第２のコイル１
１ｂが巻かれており、電流が流れた際に互いに逆
向きの磁束が発生するように直列に結線されてお
り、パルス発生源（図示せず）に電気的に接続さ
れている。一方Ｓ極側の第３の磁極８ｄおよび第
４の磁極８ｅにも、同様に直列に結線された第３
のコイル１１ｃおよび第４のコイル１１ｄが巻か
れており、パルス発生源に接続されている。 ここで、たとえば第１の磁極８ｂに対して第２
の磁極８ｃは磁極歯の位相が1/2ピツチだけずれ
ており、また第３の磁極８ｄに対して第４の磁極
８ｅも同様に磁極歯の位相が1/2ピツチだけずれ
ているものとする。さらにＮ極側の第１の磁極８
ｂおよび第２の磁極８ｃの磁極歯に対してＳ極側
の第３の磁極８ｄおよび第４の磁極８ｅの磁極歯
は1/4ピツチだけ位相がずれており、さらにまた
上記した第１の固定子９ａと第２の固定子９ｂは
それぞれ1/8ピツチだけ位相がずれている条件の
下で以下に説明する。 まず本実施例のリニアパルスモータの動作原理
について説明する。第７図イないしニは、リニア
パルスモータの動作原理を示す概略図を示してお
り、第１のコイル１１ａと第２のコイル１１ｂに
は端子ａから、第３のコイル１１ｃと第４のコイ
ル１１ｄには端子ｂからパルスが入力されるよう
になつている。第７図イでは、端子ａに第１の磁
極８ｂを励磁する方向に（モード）、第７図ロ
では端子ｂに第４の磁極８ｅを励磁する方向に
（モード）、第７図ハでは端子ａに第２の磁極８
ｃを励磁する方向に（モード）、第７図ニでは
端子ｂに第３の磁極８ｄを励磁する方向に（モー
ド）、それぞれパルスが入力された状態を示し
ている。 ここで第１表にモードないしの場合の各磁
極の磁気力発生状態を示す。

【表】

【表】 第１表に示すようにモードの場合にはＮ極側
の第１の磁極８ｂの磁力が強力で、第１の磁極８
ｂと固定子９の固定歯との間の吸引力により可動
子８は保持され安定状態にある。一方Ｓ極側の第
３および第４の磁極８ｄ，８ｅはそれぞれ固定子
９の固定歯に対して1/4ピツチだけ位相がずれて
いる。モードでは第１の磁極８ｂのコイル１１
ａによる磁力はなくなり、代つてＳ極側の第４の
磁極８ｅの磁極が強力になつて、可動子８は第４
の磁極８ｅが固定子９の固定歯と位相が合致する
方向に移動して1/4ピツチだけ進むことになる。
このときＮ極側の第１および第２の磁極８ｂ，８
ｃが1/4ピツチだけ位相がずれる。 さらにモードではＮ極側の第２の磁極８ｃの
磁力が強力になり、第２の磁極８ｃが固定子９の
固定歯と位相が合致する方向に可動子８は移動し
て1/4ピツチ進み、Ｓ極側の第３および第４の磁
極は1/4ピツチだけ位相がずれる。モードでは
Ｓ極側の第３の磁極８ｄの磁力が強力となり、第
３の磁極８ｄが固定子９の固定歯と位相が合致す
る方向に可動子８は移動して1/4ピツチだけ進む。
さらに再びモータに戻つてＮ極側の第１の磁極
８ｂの磁力が強力となつて可動子８は1/4ピツチ
だけ進み第７図イの状態となる。このようにモー
ドからの繰り返しによつて１パルス当り1/4
ピツチずつ移動するようになつている。 本実施例の場合、１個の固定子９に対して２個
の可動子８，８によつて一組のモータを構成して
いるが、動作原理は上記した１個の固定子に対し
て１個の可動子の場合と同様であり、１パルス当
り1/4ピツチずつ移動するようになつている。こ
のように２個の可動子を使用することにより推進
力を２倍にしている。 一方中間サドル２とテーブル本体３との間に
も、テーブル本体３下面側に軌道台６，６と平行
に第３の固定子９ｃおよび第４の固定子９ｄがＹ
軸方向に配設されており、一方中間サドル２の上
面側に可動子８，８，８，８が取付けられいる。
可動子８には前記した可動子と同様に永久磁石８
ａによつて磁化されたＮ極側の第１の磁極８ｂお
よび第２の磁極８ｃとＳ極側の第３の磁極８ｄお
よび第４の磁極８ｅが形成されており、それぞれ
の磁極に第１のコイル１１ａ、第２のコイル１１
ｂ、第３のコイル１１ｃおよび第４のコイル１１
ｄが巻かれている。さらにこの第１のコイル１１
ａ、第２のコイル１１ｂ、第３のコイル１１ｃお
よび第４のコイル１１ｄはパルス発生源に電気的
に接続されており、パルス発生源からのパルスに
よりテーブル本体３を中間サドル２に対してＹ軸
方向に駆動するようになつている。 なお図中１２はボビン、１３はヨークである。 つぎに本実施例のリニアモータ付XYテーブル
の作用について説明する。まずテーブル本体３を
Ｘ軸方向に早送りする場合は、基台１上の第１の
固定子９ａまたは第２の固定子９ｂのいづれか一
方に対面する可動子８，８にパルス発生源よりパ
ルスを入力し、一組の固定子と可動子により駆動
する。この場合は可動子は固定子に対して１パル
スにつき1/4ピツチずつ移動し、可動子が取付け
られている中間サドル２を介してテーブル本体３
はＸ軸方向の１パルス当り１パルス当り1/4ピツ
チずつ移送される。 つぎに微動送りする場合は、第１の固定子９ａ
に対面する可動子８，８および第２の固定子９ｂ
に対面する可動子８，８に交互にパルスを入力す
る。第１の固定子９ａおよび第２の固定子９ｂに
対しては、それぞれ1/4ピツチずつ移動するが、
第１の固定子９ａと第２の固定子９ｂとは固定歯
の位相が1/8ピツチずれているので、交互にパル
スを入力することによつてテーブル本体３はＸ軸
方向に1/8ピツチで微動送りされ、一列の場合の
２倍の分解能が得られる。 また、テーブル本体３のＹ軸方向への移送にお
いても、テーブル本体３と中間サドルとの間に取
付けられたリニアモータによりＸ軸方向と同様に
駆動される。第３の固定子９ｃもしくは第４図の
固定子９ｄのいづれか一方に対面する可動子にパ
ルスを入力して駆動するか、２列の固定子９ｃお
よび９ｄに対面するそれぞれの可動子に交互にパ
ルスを入力して駆動することにより、1/4ピツチ
で送るか1/8ピツチで微動送りとするかを選択し
得るようになつている点も同様である。 なおテーブル本体３の移送速度は、パルスの周
波数を高くすると速くなり、低くすることにより
遅くなる。また入力するパルスの数により移送距
離が調整される。 さらにテーブル本体３に負荷がかかつた場合で
も、リニアベアリング５，……には均等な予圧が
かけられているので、テーブル本体３と中間サド
ル２並びに中間サドル２と基台１との間にガタつ
きが生じることはなく、さらにボール転走溝５ａ
と負荷ボール５ｆとの接触各を45度付近にとつて
いるので、上下左右の四方向からの荷重を均一に
支承することができ、リニアモータの可動子と固
定子との〓間寸法は一定に保たれ、常に推力は一
定に保持される。またテーブル本体３に負荷がか
かつた場合でも可動子と固定子が干渉するおそれ
は無く、したがつて可動子と固定子との〓間を狭
くすることができるので、大きな推力および停止
保持力が得られる。 なお、本実施例においては固定子を２列とした
が、３列、４列、……等にしてもよく、３列の場
合は固定歯の位相を1/4ピツチの1/3すなわち1/12
ピツチ、４列の場合は1/4ピツチの1/4すなわち1/
１６ピツチずつ位相をずらせばよく、それぞれ３
倍、４倍の分解能が得られる。 また本実施例のリニアパルスモータにおいて
は、１パルス当り固定歯の1/4ピツチずつ移動す
るようになつているが、１パルス当り一定量だけ
移動するモータであればよく、また、リニアパル
スモータに限るものでは無くリニア直流モータ、
リニア同期モータ等他の方式のものでもよい。 （発明の効果） 本発明は以上の構成および作用から成るもの
で、リニアベアリングを用い、しかもリニアベア
リングのボールに均等に予圧を付与しているの
で、基台と中間サドルおよびテーブル本体間の支
持剛性が高く、テーブルに衝撃荷重が加わつたよ
うな場合でもその間に介在されるリニアモータの
固定子と可動子間のギヤツプを常に一定に維持す
ることができる。特に、第１、第２リニアベアリ
ングに上下２条の負荷ボール列を設け、しかもボ
ール接触角を45度に設定したので、上下、左右四
方向からの荷重を等しく受けることができる。 また、２条の負荷ボール列を軌道台の左右の突
堤の上下両側面を挟持するように配置し、リニア
ベアリングの外側面を軌道台側に向かつて押圧す
ることによつて予圧を付与しているので、上下２
条の負荷ボールに適切な予圧を均等に付与するこ
とができ、あらゆる方向から荷重が作用しても固
定子と可動子間のギヤツプは変化しない。 したがつて、ギヤツプをより一層小さくするこ
とが可能となり、大きな停止保持力を得ることが
でき、リニアモータを使用することによる軽量化
と相俟つて、始動時および停止時の応答性向上を
図ることができ、テーブルの精密な移動制御を行
うことができる。 また、各リニアモータの可動子を中間サドルの
第１、第２リニアベアリングの間の空間を利用し
て配置すると共に、複数組の可動子と固定子とに
よつてリニアモータを構成しているので、コンパ
クトでしかも推力および停止保持力の大きいテー
ブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るリニアモータ
付XYテーブルの平面図、第２図は第１図の装置
の−線に沿う断面図、第３図イ，ロおよびハ
は第１図の装置のリニアベアリングの正面図、平
面図およびハ−ハ線断面図、第４図イ，ロおよび
ハは第１図の装置の中間サドルの平面図、ロ−ロ
線断面図およびおよびハ−ハ線断面図、第５図イ
およびロは第１図の装置のテーブル本体の部分拡
大底面図および第５図イのロ−ロ線断面図、第６
図イおよびロは第１図の装置の可動子と固定子の
拡大正面断面図およびロ−ロ線断面図、第７図イ
ないしニは本実施例のリニアパルスモータの動作
原理を示すリニアパルスモータの概略正面図であ
る。 符号の説明、１……基台、２……中間サドル、
３……テーブル本体、５……リニアベアリング、
８……リニアモータの可動子、９……リニアモー
タの固定子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１のリニアベアリングを介して基台に中間
   サドルをＸ軸方向へ摺動自在に取付けると共に、
   上記中間サドルには第２のリニアベアリングを介
   してテーブル本体を上記Ｘ軸と直交するＹ軸方向
   へ摺動自在に取付け、上記中間サドルと基台との
   間および中間サドルとテーブル本体との間にそれ
   ぞれ固定子と可動子よりなるリニアモータを介在
   させたリニアモータ付XYテーブルにおいて、 前記基台上面の両側縁にＸ軸方向に互いに平行
   に延びる一対の軌道台を敷設すると共に、該一対
   の軌道台の外側にそれぞれ負荷ボールを介して前
   記第１のリニアベアリングを軌道台に沿つて移動
   自在に設け、さらに前記第１のリニアベアリング
   を中間サドルの下面に取付け、 一方、テーブル本体下面の両側縁にＹ軸方向に
   互いに平行に延びる一対の軌道台を敷設すると共
   に、該一対の軌道台の外側にそれぞれ負荷ボール
   を介して前記第２のリニアベアリングを軌道台に
   沿つて移動自在に設け、さらに前記第２のリニア
   ベアリングを中間サドル上面に取付け、 上記リニアモータはそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向に
   配列される複数列の固定子と可動子の組により構
   成され、リニアモータの各可動子を中間サドルの
   基台およびテーブル本体との対向面にそれぞれ第
   １および第２のリニアベアリングの間の空間を利
   用して取付けると共に、一方、各固定子はそれぞ
   れ基台とテーブル本体に取付け、 前記第１、第２のリニアベアリングは一側面に
   長手方向に延びる凹溝を備えた断面矩形状の長尺
   ブロツク体で、無限循環する上下２条の負荷ボー
   ル列を有し、前記凹溝の上下内側面を軌道台に向
   かつて略90度に開く傾斜面とし、 一方、軌道台には前記凹溝内に入り込む突堤を
   設け、該突堤の上下側面を前記凹溝の上下内側面
   と対向するような略90度の傾斜面とし、 前記凹溝の上下内側面および軌道台の突堤の上
   下側面に互いに対向するボール転走溝を設け、該
   対向するボール転走溝間に前記負荷ボール列を転
   動自在に介在させることによつて前記第１、第２
   のリニアベアリングの２条の負荷ボール列を各突
   堤の上下両側面を挟持するように配置して各負荷
   ボールのボール転走溝とのボール接触角をほぼ45
   度に設定し、 さらに、第１、第２のリニアベアリングに対し
   ては、それぞれ一方のリニアベアリングの背面を
   軌道台に向つて押圧し、その押圧力の反力を利用
   して中間サドルを介して他方のリニアベアリング
   を軌道台に対して押圧することにより一対の軌道
   台の双方のリニアベアリングのボールに予圧を均
   等に付与する〓間調整ボルトを中間サドルに設け
   て成ることを特徴とするリニアモータ付XYテー
   ブル。