JPH0637012B2 - リニアモータ付ｘｙテーブル - 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れており、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
向に移送されていた。さらに中間サドル上部には同様に
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、ボールねじとナツ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。

また微動および早送り可能のものでは、ボールねじを回
転させるモータの他にナツトを回転させるモータが必要
となり、Ｘ軸およびＹ軸方向にそれぞれ２個ずつ搭載す
る必要があり、一層重量が増大して慣性力が大きくな
り、位置決め精度が悪くなるとともに、ＸＹテーブル全
体の大きさがさらに大きくなるという問題があつた。

そこで本発明は、テーブル本体等の移動部の軽量化を図
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、さらに、軽量化を達成
しかつ微動および早送り可能のＸＹテーブルを提供する
ことも目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明にあっては、基台
と、該基台上にＸ軸方向へ摺動自在に設けられる中間サ
ドルと、該中間サドル上に前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向
へ摺動自在に設けられるテーブル本体と、を有し、 前記基台にはＸ軸方向に互いに平行に延びる一対の軌道
台を設けると共に、該軌道台に無限循環する転動体を備
えたリニアベアリングを介して中間サドルを取付け、前
記基台と中間サドルの間であって前記軌道台の間に中間
サドルをＸ軸方向に駆動するリニアモータを配設し、 前記テーブル本体にはＹ軸方向に互いに平行に延びる一
対の軌道台を設ける共に、該軌道台に無限循環する転動
体を備えたリニアベアリングを介して中間サドルを取付
け、前記中間サドルとテーブル本体の間であって前記軌
道台の間にテーブル本体をＹ軸方向に駆動するリニアモ
ータを配設し、 前記基台と中間サドルの間のリニアモータは、基台の上
面または中間サドルの下面のいづれか一方に、複数の固
定子を各々の固定歯の位相がずれるように平行配置する
と共に、他方に該固定子と対応する複数の可動子を並設
することによって構成し、 一方、前記中間サドルとテーブル本体の間のリニアモー
タは、中間サドルの上面またはテーブル本体の下面のい
づれか一方に、複数の固定子を各々の固定歯の位相がず
れるように平行配置すると共に、他方に該固定子と対応
する複数の可動子を並設することによって構成したこと
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
第１図ないし第６図において、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
挾持され、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が挾持さ
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、片側に
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５ｅ，５ｅとから構成されており、負荷ボ
ール５ｆ，…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５ｆ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。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との隙間は、隙間調整ボルト７，…によ
つて調整されている。すなわち隙間調整ボルト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、隙間調整ボルト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9a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
子の磁極歯である固定歯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
の固定子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１１ｂ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８
ｃ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8b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１
１ａ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８ｃ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。

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8b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
１１ａによる磁力はなくなり、代つてＳ極側の第４の磁
極８ｅの磁力が強力になつて、可動子８は第４の磁極８
ｅ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，８ｃ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ピツチ進む。さ
らに再びモードに戻つて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９
ｃ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
が取付けられている。可動子８には前記した可動子と同
様に永久磁石８ａ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８
ｄ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１１ｂ、第３
のコイル１１ｃおよび第４のコイル１１ｄが巻かれてい
る。さらにこの第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９ｃまたは第２
の固定子９ｄ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
方向に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９ｃ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固定子９ｂ
とは固定歯の移送が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との接触角を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
の磁極歯間の距離は一定に保たれ、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隙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、以上の構成及び作用から成るもので、リニア
ベアリングを使用することによりテーブル本体は軽快に
移動するとともに、リニアモータを使用することにより
ボールねじ等を使用する必要がなくなつて軽量化が図ら
れるので、慣性力が小さくなり始動時および停止時の応
答性が向上し、位置決め精度が向上する。また、中間サ
ドルもテーブル本体も、一対の軌道台に無限循環タイプ
のリニアベアリングを介して取付けられ、しかもリニア
モータが一対の軌道台の間に配設されているので、上か
らの荷重だけでなく、浮上がり荷重に対しても支持剛性
が高く、リニアモータの固定子と可動子の磁極歯間の距
離は変化しない。したがって、固定子と可動子の磁極歯
間の距離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挨って、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送制
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リニアベ
アリングの間に配置しているので、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できる。

そして、各固定子に対向する各可動子に交互にパルスを
入力することにより、テーブル本体を一つの固定子の場
合の１つのパルスの送り量よりも微小な送り量で送るこ
とができるので、必要に応じて微動送りまたは早送りと
することができ、きわめて正確に位置決めされるという
効果が得られる。

さらに従来のようにボールねじ等のねじ軸のねじれやね
じ軸とナツトとのバツククラツシユが無いので、位置決
め精度がより向上する。

また回転モータ等のスペースが無くなり、薄形コンパク
トで汎用性の高いＸＹテーブルが得られる。

また部品点数を削減することができるので、コストダウ
ンを図ることができると共に、組立精度が向上し、さら
に構造が単純化されるので故障の発生の防止を図ること
ができる等の種々の効果が得られる。

【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II−II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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基台と、該基台上にＸ軸方向へ摺動自在に
   設けられる中間サドルと、該中間サドル上に前記Ｘ軸と
   直交するＹ軸方向へ摺動自在に設けられるテーブル本体
   と、を有し、 前記基台にはＸ軸方向に互いに平行に延びる一対の軌道
   台を設けると共に、該軌道台に無限循環する転動体を備
   えたリニアベアリングを介して中間サドルを取付け、前
   記基台と中間サドルの間であって前記軌道台の間に中間
   サドルをＸ軸方向に駆動するリニアモータを配設し、 前記テーブル本体にはＹ軸方向に互いに平行に延びる一
   対の軌道台を設ける共に、該軌道台に無限循環する転動
   体を備えたリニアベアリングを介して中間サドルを取付
   け、前記中間サドルとテーブル本体の間であって前記軌
   道台の間にテーブル本体をＹ軸方向に駆動するリニアモ
   ータを配設し、 前記基台と中間サドルの間のリニアモータは、基台の上
   面または中間サドルの下面のいづれか一方に、複数の固
   定子を各々の固定歯の位相がずれるように平行配置する
   と共に、他方に該固定子と対応する複数の可動子を並設
   することによって構成し、 一方、前記中間サドルとテーブル本体の間のリニアモー
   タは、中間サドルの上面またはテーブル本体の下面のい
   づれか一方に、複数の固定子を各々の固定歯の位相がず
   れるように平行配置すると共に、他方に該固定子と対応
   する複数の可動子を並設することによって構成したこと
   を特徴とするリニアモータ付きＸＹテーブル。