JPH05346120A

JPH05346120A - 静圧流体軸受の駆動構造

Info

Publication number: JPH05346120A
Application number: JP3315079A
Authority: JP
Inventors: Shinji Takada; 真次高田; Toshio Matsumoto; 敏雄松本; Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本
Original assignee: Kyocera Corp; Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Kyocera Corp; Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【構成】静圧流体軸受の駆動構造において、ガイド軸１
と摺動体２の間に位置検出用エンコーダ８を備えるとと
もに、その両側に駆動用リニアモータ５を配置する。【効果】駆動用リニアモータ５が摺動体２の重心に近
く、かつ二本配置してあるため駆動バランスがよく、ヨ
ーイング方向のエラーをなくして精密駆動が可能とな
る。また、摺動体２の位置検出用エンコーダ８を摺動体
２内側の重心に近い位置に配置してあるため、エラーの
少ない位置検出ができ、摺動体２の精密な位置決めが可
能となる。さらに、駆動系と検出系をともに摺動体２の
内側に備えたため、装置全体を小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静圧流体によって軸支
した摺動体の駆動構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造装置、光学部品加
工機、あるいは精密測定機等に静圧流体軸受が使用され
ている。この静圧流体軸受は、ガイド軸上に静圧間隙を
介して浮上させた摺動体を駆動することによって、高精
度、高速で該摺動体を移送するようにしたものである。

【０００３】また、上記摺動体の駆動構造としては、ボ
ールネジを用いたものが主として利用されている。これ
は、図３に示すように、ガイド軸２１上に静圧間隙を介
して支持した摺動体２２にナット２３を固定し、このナ
ット２３はネジ軸２４に螺合されており、該ネジ軸２４
をモータ２５で回転させることでナット２３を移動さ
せ、摺動体２２をガイド軸２１の長軸方向に駆動させる
ようになっていた（例えば特開５９−３７０２６号公報
など参照）。

【０００４】しかしながら、このボールネジを用いた駆
動構造では、ネジ軸２４およびモータ２５からなる駆動
部と、摺動体２２の位置検出部（不図示）を外付けにす
るのが一般的であり、大きなスペースを必要とするばか
りでなく、ネジ軸２４の回転運動から摺動体２２の直線
運動への運動変換機構が介在するため、精度、高速応答
性に限界があった。

【０００５】そこで、他の駆動構造としてリニアモータ
を用いたものが提案されている。これは、図４に示され
るように、ガイド軸２１上に静圧間隙を介して支持され
た摺動体２２の両側に板状の固定コイル２６を配置し、
摺動体２２の固定コイル２６と対抗する部分に可動磁石
２７を埋め込んでリニアモータを構成したものである。
そして、上記固定コイル２６には複数のコイル素子が備
えられ、各コイル素子のＳＮの向きを順次変化させるこ
とによって、可動磁石２７を埋め込んだ摺動体２２を、
ガイド軸２１の長軸方向に駆動するようになっていた。
このようなリニアモータを用いたものは、ボールネジの
ような運動変換機構を用いることなく直接直線運動が取
り出せるため、精度、高速応答性に優れたものであっ
た。

【０００６】また、図４には示していないが、摺動体２
２の位置決め精度を向上させるためには、摺動体２２の
位置検出用のエンコーダを配置し、リニアモータによる
駆動系にフィードバックするようになっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図４に
示すリニアモータを用いた駆動構造では、固定コイル２
６からなる駆動系および、位置検出用エンコーダからな
る検出系は外付けとなっていた。そのため、小型化が困
難で大きなスペースを必要とするだけでなく、摺動体２
２の駆動点および検出点が摺動体２２の重心より離れて
いることから、ヨーイング（回転）方向のエラーを受け
やすく、精密位置決めができないものであった。

【０００８】そこで、これらの問題点を回避するため
に、駆動系を内装した構造の静圧流体軸受も提案されて
いる。これは、図５に斜視図を、図６に断面図を示すよ
うに、ガイド軸２１自体に板状の固定コイル２６を備
え、摺動体２２内面の固定コイル２６に対抗する位置に
可動磁石２７を備えたものである。しかし、この駆動構
造であっても摺動体２２の位置を検出するエンコーダは
外側に備えなければならず、上記問題点を完全に解決す
ることはできなかった。

【０００９】さらに、図７に示すように、ガイド軸２１
の一方側に固定コイル２６を備えるとともに、これと対
抗する摺動体２２内面には可動磁石２７を備えてリニア
モータを構成し、かつガイド軸２１の他方側にはリニア
スケール２８を備えるとともに、これと対抗する摺動体
２１の内面には検出ヘッド２９を備えて位置検出用エン
コーダを構成した静圧流体軸受も提案されていた。この
構造では、駆動系と検出系をともに内装したため、小型
化が可能であるが、リニアモータによる駆動が片側のみ
となるため、ヨーイング方向のエラーを受けやすくな
り、精密位置決めが困難であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は静圧流体軸受の駆動構造において、ガイ
ド軸と摺動体の間に該摺動体の位置検出用エンコーダを
備えるとともに、該位置検出用エンコーダの両側に摺動
体の駆動用リニアモータを配置したものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、駆動用リニアモータによって
摺動体をガイド軸の長軸方向に自由に移動させることが
でき、位置検出用エンコーダによって検出した摺動体の
位置を上記駆動用リニアモータにフィードバックさせる
ことによって、正確な位置決めが可能となる。このとき
駆動用リニアモータをガイド軸と摺動体の間に配置して
あるため摺動体の重心に近く、かつ駆動用リニアモータ
を両側に二本配置してあるため駆動バランスがよく、ヨ
ーイング方向のエラーをなくして精密駆動が可能とな
る。また、摺動体の位置検出用エンコーダをガイド軸と
摺動体の間に配置してあるため、摺動体の重心に近いこ
とからエラーの少ない位置検出ができ、摺動体の精密な
位置決めが可能となる。さらに、本発明の静圧流体軸受
の駆動構造は、駆動系と検出系をともに摺動体の内側に
備えたため、装置全体を小型化できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明実施例を図によって説明する。

【００１３】図１に斜視図を、図２に断面図をそれぞれ
示すように、本発明の静圧流体軸受の駆動構造は、ガイ
ド軸１と、これに支持された摺動体２とからなり、ガイ
ド軸１に形成した溝状の凹部１ｃ内に、駆動用リニアモ
ータ５を構成する固定コイル３および可動磁石４を備え
るとともに、摺動体２の位置検出用エンコーダ８を構成
するリニアスケール６および検出ヘッド７を備えること
によって、ガイド軸１と摺動体２の間に駆動用リニアモ
ータ５と位置検出用エンコーダ８を配置したものであ
る。

【００１４】上記ガイド軸１は、基体１ａとこれに全面
支持されたガイド部１ｂからなり、該ガイド部１ｂの中
央に長軸方向に伸びる溝状の凹部１ｃを備えている。ま
た、摺動体２は、上記ガイド軸１のガイド部１ｂを取り
囲むような形状となっており、このガイド部１ｂで支持
されて長軸方向に移動可能となっている。さらに、これ
らガイド軸１と摺動体２の間には数μｍ程度の間隙９が
形成されており、摺動体２に備えられた噴射孔２ａから
この間隙９に向かって空気などの流体を噴射することに
よって、摺動体２はガイド軸１上で浮上し、静圧流体軸
受を構成している。このとき摺動体２はガイド軸１と非
接触で滑らかに移動し、精密駆動が可能である。

【００１５】また、これらガイド軸１、摺動体２は、ア
ルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素などのセラミ
ックスあるいは単結晶サファイアなどの高剛性材からな
っており、複数の部材を接着、ボルト締めなどで接合す
ることによって構成したものである。

【００１６】さらに、ガイド軸１の凹部１ｃには、その
中心線に対して対称な位置に、二つの板状をした固定コ
イル３、３を平行に配置している。そして、摺動体２内
面の上記固定コイル３、３に対抗する位置には、該固定
コイル３、３を挟み込むように可動磁石４、４が取り付
けられて、全体として非接触のブラシレスタイプの駆動
用リニアモータ５、５を構成している。上記固定コイル
３は複数のコイル素子を有し、各コイル素子のＳＮの向
きを順次変化させることによって、可動磁石４に直線方
向の駆動力を与え、この力で摺動体２をガイド軸１の長
軸方向へ移動させるようになっている。

【００１７】このとき、各可動磁石４は固定コイル３を
挟み込むように備えており、可動磁石４の磁力線が固定
コイル３を貫通する構造であるため、可動磁石４と固定
コイル３の間に吸引力が生じることがなく、摺動体２に
横方向の力が加わらない。また、バランスの良い駆動を
行うためには、上記のように駆動用リニアモータ５を二
本対称な位置に備えたものが良く、一本あるいは三本以
上備えるとバランスが悪くなってしまう。

【００１８】また、ガイド軸１の凹部１ｃ中において、
上記二本の固定コイル３、３の間に検出ヘッド７を配置
し、摺動体２内面の該検出ヘッド７に対抗する部分には
リニアスケール６を取り付けており、全体として非接触
の光学式リニアエンコーダ８を構成している。したがっ
て、上記駆動用リニアモータ５によってガイド軸１上で
摺動体２を移動させたとき、検出ヘッド７でリニアスケ
ール６の位置を読み取ることによって、摺動体２の位置
を検出することができる。そして、この位置検出用エン
コーダ８で検出した情報を上記駆動用リニアモータ５に
フィードバックすることによって、摺動体２の位置決め
をより精密に行うことができる。なお、この実施例では
ガイド軸１に検出ヘッド７を固定し、摺動体２にリニア
スケール６を取り付けたが、逆にガイド軸１側にリニア
スケール６を固定し、摺動体２側に検出ヘッド７を取り
付けることもできる。

【００１９】上記図１、２に示す本発明の駆動構造によ
れば、駆動用リニアモータ５を対称な位置に二本配置し
てあること、およびこの駆動用リニアモータ５が摺動体
２内側の重心に近い位置に備えられていることによっ
て、バランス良く、正確な駆動が可能となる。また、位
置検出用エンコーダ８も、摺動体２内側の重心に近い位
置に備えられているため、精密な検出ができる。さら
に、駆動用リニアモータ５および位置検出用エンコーダ
８が共に内装されているため、装置全体を小型化でき
る。

【００２０】また、本発明の駆動構造では、ガイド軸１
と摺動体２が非接触の静圧流体軸受を構成するととも
に、駆動用リニアモータ５および位置検出用エンコーダ
８がいずれも非接触であるから、完全に非接触での駆動
を行うことができ、バックラッシュやスティックスリッ
プなどが生じることがなく、静圧流体軸受本来の優れた
性能を引き出すことができる。

【００２１】さらに、上記実施例では、ガイド軸１に凹
部１ｃを形成して、この中に駆動用リニアモータ５およ
び位置検出用エンコーダ８を備えたものを示したが、逆
に摺動体２側に凹部を形成し、この凹部中に駆動用リニ
アモータ５および位置検出用エンコーダ８を備えるよう
な構造としてもよい。

【００２２】実験例本発明実施例として、図１、２に示す静圧流体軸受装置
を試作した。ガイド軸１、摺動体２はいずれもＡｌ₂Ｏ
₃含有量９９％以上のアルミナセラミックスで形成し、
両者の間隙９は８μｍとして、この間隙９に４ｋｇ／ｃ
ｍ²の圧力で空気を噴射して静圧流体軸受を構成した。
また、駆動用リニアモータ５の可動磁石４として高推力
重量比のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石を用いた。さら
に、位置検出用エンコーダ８として、分解能０．１μ
ｍ、最高速度３００ｍｍ／ｓｅｃのものを用いた。

【００２３】これに対し、比較例として図３に示すボー
ルネジによる駆動構造のものを用意し、３００ｍｍスト
ロークでの真直度などの性能を比較した。結果は表１に
示す通りである。

【００２４】

【表１】

【００２５】この結果より、本発明実施例は、真直度や
繰り返し位置決め精度が極めて優れていることがわか
る。また、高位置決め精度を要求するのであれば、より
分解能の高いエンコーダを用い、高速性を重要視するの
であれば高速対応のエンコーダを使用すれば良く、いず
れも摺動体や駆動系で精度劣化することなく静圧流体軸
受本来の性能を発揮させることができる。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明によれば、静圧流体軸
受の駆動構造において、ガイド軸と摺動体の間に該摺動
体の位置検出用エンコーダを備えるとともに、該位置検
出用エンコーダの両側に摺動体の駆動用リニアモータを
配置したことによって、駆動用リニアモータが摺動体の
重心に近く、かつ二本配置してあるため駆動バランスが
よく、ヨーイング方向のエラーをなくして精密駆動が可
能となる。また、摺動体の位置検出用エンコーダを摺動
体内側の重心に近い位置に配置してあるため、エラーの
少ない位置検出ができ、摺動体の精密な位置決めが可能
となる。さらに、駆動系と検出系をともに摺動体の内側
に備えたため、装置全体を小型化できるなどさまざまな
特長をもった静圧流体軸受の駆動構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静圧流体軸受の駆動構造を示す斜視図
である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】従来のボールネジを用いた静圧流体軸受の駆動
構造を示す斜視図である。

【図４】従来のリニアモータを用いた静圧流体軸受の駆
動構造を示す斜視図である。

【図５】従来のリニアモータを用いた静圧流体軸受の駆
動構造を示す斜視図である。

【図６】図５中のＹ−Ｙ線断面図である。

【図７】他の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・ガイド軸２・・・摺動体３・・・固定コイル４・・・可動磁石５・・・駆動用リニアモータ６・・・リニアスケール７・・・検出ヘッド８・・・位置検出用エンコーダ９・・・間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本恭祐福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド軸上で摺動体を静圧流体によって支
持してなる静圧流体軸受装置において、上記ガイド軸と
摺動体の間に上記摺動体の位置検出用エンコーダを備え
るとともに、該位置検出用エンコーダの両側に摺動体の
駆動用リニアモータを配置したことを特徴とする静圧流
体軸受の駆動構造。