KR20120049416A - 리니어 모터 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

코일 유닛(50)의 발열이 리니어 가이드(3)에 부여하는 영향을 배제하고, 이러한 리니어 가이드(3)에 의해 지지된 테이블 플레이트(4)의 이동 정밀도 및 위치 결정 정밀도를 충분히 확보하는 것이 가능해고, 또 당해 정밀도를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능해서, 다른 기계 장치에 고정되는 베이스 플레이트(2)와, 이 베이스 플레이트(2) 상에 서로 평행하게 배치된 복수의 리니어 가이드(3)와, 이들 리니어 가이드(3)에 지지되어 상기 베이스 플레이트(2) 상을 왕복 운동 가능한 테이블 플레이트(4)와, 이 테이블 플레이트(4)에 설치된 마그네트 유닛(51)과, 상기 베이스 플레이트(2)에 설치되는 동시에 상기 마그네트 유닛(51)과 대향해서 리니어 모터(5)을 구성하는 코일 유닛(50)을 구비하고, 상기 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)는, 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질로 형성되어 있고, 또한, 양자의 선팽창 계수에 차가 형성되어 있다.

Description

리니어 모터 액추에이터{LINEAR MOTOR ACTUATOR}
본 발명은, 테이블 플레이트에 탑재한 피반송물에 대하여 병진 운동을 부여하여, 위치 결정하기 위한 리니어 모터 액추에이터에 관한 것이다.
XY 테이블이나 물품 반송 장치 등의 FA 기기에 있어서는, 리니어 모터에 의해 물품, 부재 등을 직선적으로 이동시키는 소위 리니어 모터 액추에이터가 다용되고 있다. 이러한 종류의 리니어 모터 액추에이터는, 통상, 다른 기계 장치에 고정되는 베이스 플레이트와, 반송 대상인 물품 등의 가동체를 탑재해서 상기 베이스 플레이트 상을 이동하는 테이블 플레이트와, 이 테이블 플레이트를 상기 베이스 플레이트에 대하여 직선 왕복 운동 가능하게 안내하는 복수의 리니어 가이드와, 상기 테이블 플레이트에 대하여 추력을 부여하는 리니어 모터와, 상기 테이블 플레이트의 위치를 검출하는 리니어 인코더로 구성되어 있고, 이러한 리니어 인코더의 검출값에 따라서 상기 리니어 모터를 제어함으로써, 테이블 플레이트에 임의의 이동량을 고정밀도로 부여하는 것이 가능하게 되어 있다(일본 특허 출원 공개 제2005-79496호).
또한, 상기 리니어 가이드는, 궤도 레일과, 이 궤도 레일에 대하여 다수의 볼을 통하여 조립되는 이동 블록으로 구성되어 있다. 상기 테이블 플레이트를 베이스 플레이트에 대하여 지지할 경우에는, 예를 들어 한 쌍의 리니어 가이드를 사용하여, 각 리니어 가이드의 궤도 레일을 베이스 플레이트에 부설하는 한편, 상기 이동 블록을 테이블 플레이트에 고정한다. 상기 이동 블록은 다수의 전동체를 통해서 궤도 레일에 조립되고, 이동 방향 이외의 방향에 관해서는 궤도 레일에 대하여 구속된 상태에 있으므로, 이러한 리니어 가이드를 사용해서 테이블 플레이트의 왕복 운동을 지지하면, 테이블 플레이트 상에 탑재한 가동체를 고정밀도로 안내하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 리니어 모터는, 테이블 플레이트의 이동 경로를 따라 N극의 자극 및 S극의 자극을 교대로 배열한 마그네트 유닛과, 이 마그네트 유닛과 약간의 간극을 통해서 대향 배치되는 동시에 전류의 통전에 따라서 이동 자계를 발생하는 코일 유닛으로 구성되어, 한쪽을 상기 베이스 플레이트에, 다른 쪽을 테이블 플레이트에 배치해서 사용된다.
상기 코일 유닛은 베이스 플레이트 또는 테이블 플레이트 중 어디에 설치해도 지장없다. 그러나, 상기 코일 유닛을 테이블 플레이트에 배치하고, 상기 마그네트 유닛을 베이스 플레이트에 배치하는 경우에는, 상기 베이스 플레이트에 배열된 마그네트 유닛의 자력이 대향하는 테이블 플레이트의 전단부 및 후단부에 대하여 작용하기 때문에, 테이블 플레이트가 베이스 플레이트 상을 이동할 때에, 마그네트 유닛의 자극의 배열 피치에 대응한 추력의 변동, 즉 코깅 현상이 발생해 버린다. 이로 인해, 테이블 플레이트를 원활하게 이동시키기 어렵다고 하는 과제가 있고, 특히 상기 코깅 현상은 베이스 플레이트와 테이블 플레이트가 근접하고 있는 박형 리니어 모터 액추에이터에 있어서 현저하다.
이로 인해, 박형 리니어 모터 액추에이터에서는, 상기 코깅 현상의 발생을 최대한 회피하고, 테이블 플레이트에 매끄러운 운동을 부여하는 관점에서 보면, 상기 마그네트 유닛을 테이블 플레이트에 배치하는 한편, 코일 유닛을 베이스 플레이트에 배치하는 구성이 유리하다.
한편, 이와 같은 리니어 모터 액추에이터를 구성하는 경우에, 리니어 모터를 구성하는 코일 유닛은 통전 중에 발열하기 때문에, 코일 유닛에서 발생한 열이 상기 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트에 전도되고, 운전중에 이들 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트의 온도가 상승해 가는 경향에 있다. 전술과 같이 코일 유닛을 베이스 플레이트에 배치한 경우라도, 리니어 모터 액추에이터의 연속 정격 운전에 있어서는 상기 코일 유닛의 온도가 70 내지 90℃ 정도로까지 상승하기 때문에, 공기의 대류에 의해 코일 유닛으로부터 테이블 유닛으로 열전도가 발생하고, 코일 유닛과 직접적으로 접촉하지 않고 있는 테이블 플레이트도 온도 상승해 버린다. 특히, 베이스 플레이트와 테이블 플레이트가 근접하고 있는 박형 리니어 모터 액추에이터에서는, 테이블 플레이트와 베이스 플레이트의 간극이 지극히 작으므로, 테이블 플레이트의 온도도 현저하게 상승하게 된다.
코일 유닛의 발열에 의해 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트의 양쪽의 온도가 상승했다고 해도, 그들이 열평형 상태에 도달하는 온도에는 차가 있어, 리니어 모터 액추에이터의 연속 정격 운전시에 있어서의 베이스 플레이트와 테이블 플레이트의 열팽창량은 상이한 것이 된다. 이로 인해, 복수의 리니어 가이드를 평행하게 배치해서 테이블 플레이트를 지지하고 있는 경우에는, 이동 블록이 궤도 레일에 대하여 변위를 발생시키고, 이동 블록과 궤도 레일 사이에 존재하는 전동체가 과도하게 압축되어, 베이스 플레이트에 대한 테이블 플레이트의 이동 저항이 의도하지 않게 증가하고, 또한, 리니어 가이드가 빠른 시기에 소모해 버린다고 하는 과제가 있다.
또한, 이와 같은 과제는 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트로서 철(예를 들어 SS400)등의 강성이 큰 재질을 사용한 경우에 발생하고, 알루미늄 등과 같이 연한 재질을 사용하고 있는 경우, 이들 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트를 중공 압출 형상으로 하고 있는 경우에는 발생하지 않는다. 왜냐하면, 베이스 플레이트 또는 테이블 플레이트가 변형됨으로써, 리니어 가이드의 전동체에 작용하는 하중이 실질상 경감되기 때문이다. 단, 그러한 리니어 모터 액추에이터에서는, 베이스 플레이트에 대한 테이블 플레이트의 이동 정밀도 자체를 높일 수 없다고 하는 과제가 있다.
일본 특허 출원 공개 제2005-79496호에서는 이러한 코일 유닛의 발열에 기인하는 과제에 대처하기 위해, 코일 유닛이 배치된 테이블 플레이트에 대하여 방열판이나 방열 핀을 설치하여, 테이블 플레이트의 온도 상승을 억제하는 대책이 채용되어 있다.
특허 문헌1: 일본 특허 출원 공개 제2005-79496호
그러나, 방열판이나 방열 핀이라고 하는 적극적 공냉 수단을 설치한 경우에는, 그만큼 리니어 모터 액추에이터가 대형화해 버려, 리니어 모터 액추에이터의 소형화, 박형화에는 부적합하다. 또한, 리니어 모터 액추에이터에서는 테이블 플레이트를 베이스 플레이트 상의 특정한 위치에 계속해서 정지시키는 경우나, 추력을 발생시켜서 테이블 플레이트 상의 워크를 다른 부재에 압박하는 동작을 시키는 경우라도 코일 유닛에 통전하고 있으므로, 테이블 플레이트의 주행 시간보다도 정지 시간이 긴 사용 형태에 있어서는, 전술한 바와 같은 공냉 수단은 그다지 효과적이지 않다.
본 발명은 이러한 과제를 감안해 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 코일 유닛의 발열이 리니어 가이드에 부여하는 영향을 배제하여, 이러한 리니어 가이드에 의해 지지된 테이블 플레이트의 이동 정밀도 및 위치 결정 정밀도를 충분히 확보하는 것이 가능하고, 또한 당해 정밀도를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능한 리니어 모터 액추에이터를 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명의 리니어 모터 액추에이터는, 다른 기계 장치에 고정되는 베이스 플레이트와, 이 베이스 플레이트 상에 서로 평행하게 배치된 복수의 리니어 가이드와, 이들 리니어 가이드에 지지되어서 상기 베이스 플레이트 상을 왕복 운동 가능한 테이블 플레이트와, 이 테이블 플레이트에 설치된 마그네트 유닛과, 상기 베이스 플레이트에 설치되는 동시에 상기 마그네트 유닛과 대향해서 리니어 모터를 구성하는 코일 유닛을 구비하고 있고, 각 리니어 가이드는, 길이 방향을 따라서 전동체의 구름 주행면이 형성된 궤도 레일과, 다수의 전동체를 통해서 상기 궤도 레일에 조립되어 당해 궤도 레일을 따라 운동하는 이동 블록으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트는, 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질로 형성되어 있고, 또한, 양자의 선팽창 계수에 차를 형성하고 있다.
철(SS400)의 선팽창 계수는 11.5×10-6(1/℃) 정도이며, 상기 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트로서 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질을 선택하면, 이들 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트의 열팽창량을 억제할 수 있고, 양자의 열팽창량의 차를 작게 할 수 있다.
또한, 상기 코일 유닛을 베이스 플레이트에 배치한 경우라도, 다른 기계 장치에 대한 베이스 플레이트의 고정 형태나, 테이블 플레이트에 탑재되는 가동체의 크기나 재질 등에 따라서는, 베이스 플레이트보다도 테이블 플레이트가 고온이 되는 경우가 있다. 따라서, 베이스 플레이트와 테이블 플레이트의 선팽창 계수에 차를 형성함으로써, 양자의 열팽창량의 차를 작게 하는 것이 가능해진다.
즉, 본 발명에 따르면, 리니어 모터 액추에이터의 연속 정격 운전에 의해 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트가 열평형 상태에 도달할 때까지 승온했다고 해도, 양자의 열팽창량의 차를 가급적으로 작게 억제할 수 있어, 리니어 가이드에 의해 지지된 테이블 플레이트의 이동 정밀도 및 위치 결정 정밀도를 충분히 확보하면서, 당해 정밀도를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명을 적용한 리니어 모터 액추에이터의 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에서 사용 가능한 리니어 가이드의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 베이스 플레이트 상에 있어서의 궤도 레일의 거리와 테이블 플레이트에 있어서의 이동 블록의 거리와의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 리니어 모터 액추에이터를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명을 적용한 리니어 모터 액추에이터의 실시 형태의 일례를 나타내는 사시도이다. 이 리니어 모터 액추에이터(1)는, 기계 장치의 하우징이나 베드 등의 고정부에 고정되는 베이스 플레이트(2)와, 이 베이스 플레이트(2) 상에 평행하게 배치된 2기의 리니어 가이드(3)와, 이들 리니어 가이드(3)에 의해 지지되어 상기 베이스 플레이트(2) 상에 직선 왕복 운동 가능하게 부착된 테이블 플레이트(4)와, 상기 베이스 플레이트(2)에 대하여 테이블 플레이트(4)를 추진하는 리니어 모터(5)를 포함하고 있다.
상기 베이스 플레이트(2)는 직사각 형상으로 형성되어 있고, 그 장변을 따라 2기의 리니어 가이드(3)가 배치되어 있다. 상기 테이블 플레이트(4)는 간격을 두고 배치된 2기의 리니어 가이드(3)를 넘도록 해서 설치되어 있고, 베이스 플레이트(2)의 표면과 테이블 플레이트(4)의 이면 사이가 상기 리니어 모터(5)의 배치 스페이스로 되어 있다. 또한, 상기 베이스 플레이트(2)의 단변에는 테이블 플레이트(4)의 오버런을 방지하는 스토퍼 플레이트(20)가 설치되어 있다.
도 2는 상기 리니어 가이드(3)의 구성의 상세를 나타내는 사시도 및 정면 단면도이다. 이 리니어 가이드(3)는, 베이스 플레이트(2)에 고정되는 궤도 레일(30)과, 이 궤도 레일(30)을 따라 이동하는 동시에 상기 테이블 플레이트(4)에 고정되는 이동 블록(31)으로 구성되어 있다. 상기 궤도 레일(30)은 길이 방향에 수직된 단면이 대략 직사각 형상으로 형성되어 있고, 길이 방향을 한쪽의 측면에는 전동체로서의 볼(32)의 구름 주행면(33)이 형성되어 있다.
이 구름 주행면(33)은 그 길이 방향으로 수직의 단면 형상이 고딕 아치 형상으로 형성되어 있고, 볼(32)은 구름 주행면(33)에 대하여 2점으로 접촉하게 되어 있다. 한편, 상기 이동 블록(31)의 측면에는 궤도 레일(30)의 구름 주행면(33)과 대향하는 부하 구름 주행면(37)이 형성되어 있고, 다수의 볼(32)이 궤도 레일(30)의 구름 주행면(33)과 이동 블록(31)의 부하 구름 주행면(37) 사이에서 하중을 부하하면서 구름 주행하게 되어 있다. 이 부하 구름 주행면(37)도 그 길이 방향으로 수직의 단면 형상이 고딕 아치 형상을 이루고 있고, 볼(32)은 부하 구름 주행면(37)에 대하여 2점으로 접촉하게 되어 있다. 또한, 이동 블록(31)에는 상기 부하 구름 주행면(37)을 구름 주행하여 종료한 볼(32)을 순환시키기 위한 무한 순환로가 형성되어 있고, 볼(32)이 무한 순환함으로써 이동 블록(31)이 궤도 레일(30)을 따라 연속적으로 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
이 리니어 가이드(3)에서는, 상기 이동 블록(31)이 볼(32)을 통해서 궤도 레일(30)에 구속된 상태로 있고, 궤도 레일(30)의 길이 방향과 수직의 방향으로부터 작용하는 하중을 부하하면서 당해 궤도 레일(30)을 따라 자유롭게 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 이동 블록(31)에는 테이블 플레이트(4)를 고정하기 위한 설치면(34)이 설치되어 있고, 이러한 설치면(34)에는 볼트 설치 구멍(35)이 형성되어, 테이블 플레이트(4)를 관통한 고정 볼트가 이들 볼트 설치 구멍(35)에 나사 결합 하게 되어 있다. 또한, 상기 궤도 레일(30)에는 그 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 볼트 삽입 구멍(36)이 형성되어, 베이스 플레이트(2)로의 고정 시에 이용되도록 되어 있다.
도 1에 나타내는 리니어 모터 액추에이터(1)의 실시 형태에서는 1조의 궤도 레일(30)에 대하여 3기의 이동 블록(31)이 조립되어 1기의 리니어 가이드(3)를 구성하고 있고, 테이블 플레이트(4)는 6기의 이동 블록(31)에 지지되어 베이스 플레이트(2) 상을 이동하도록 구성되어 있다. 그러나, 테이블 플레이트(4)의 크기나 중량, 이러한 테이블 플레이트(4)에 탑재하는 가동체의 하중에 따라, 베이스 플레이트(2) 상에 배치하는 리니어 가이드(3)의 수나, 1조의 궤도 레일(30)에 조립하는 이동 블록(31)의 수는 적절하게 설계 변경해서 지장없다. 또한, 전동체로서는 볼 대신에 롤러를 사용하는 것도 가능하다.
또, 상기 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4) 사이에는 상기 리니어 모터(5)가 설치되어 있다. 이 리니어 모터(5)는 동기형 리니어 모터이며, 상기 베이스 플레이트(2)에 고정된 코일 유닛(50)과, 테이블 플레이트(4)에 고정된 마그네트 유닛(51)으로 구성되어 있다. 이들 코일 유닛(50)과 마그네트 유닛(51)은 약간의 간극을 통해서 대향하고 있고, 상기 리니어 가이드(3)의 작용에 의해 당해 간극이 유지되도록 이루어지고 있다.
상기 코일 유닛(50)은 테이블 플레이트(4)의 이동 방향을 따라서 배열된 복수의 코일 부재(52)로 구성되어 있다. 각 코일 부재(52)는 3상 교류 전류의 u상, v상, w상에 대응해서 설치되어 있고, 세개의 코일 부재(52)가 1조가 되어, 3상 교류 전류의 통전 시에 이동 자계를 발생하게 되어 있다. 한편, 상기 마그네트 유닛(51)은 테이블 플레이트(4)의 이동 방향을 따라서 복수의 영구 자석을 배열한 것이며, 각 자석은 N극 및 S극을 교대로 반전시키면서 배열되어 있다. 이로 인해, 상기 코일 유닛(50)의 각 코일 부재(52)에 대하여 통전하면, 이러한 코일 유닛(50)이 이동 자계를 발생하고, 이 이동 자계에 기초하여 상기 마그네트 유닛(51)과 코일 유닛(50) 사이에 자기 흡인력 또는 자기 반발력이 작용하여, 마그네트 유닛(51)을 코일 부재(52)의 배열 방향을 따라서 추진할 수 있게 되어 있다.
이렇게 구성된 리니어 모터 액추에이터(1)에서는 상기 코일 유닛(50)에 대하여 통전해서 리니어 모터 액추에이터(1)를 운전하면, 이러한 코일 유닛(50)의 각 코일 부재(52)가 발열하고, 그 열이 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)에 전도하여, 그들의 온도가 상승하는 경향에 있다.
코일 유닛(50)이 발열원이므로, 전술한 실시 형태와 같이 코일 유닛(50)을 베이스 플레이트(2)에 배치한 경우에는, 이러한 코일 유닛(50)에서 발생한 열의 대부분은 베이스 플레이트(2)에 전도하게 된다. 그러나, 코일 유닛(50)과 마그네트 유닛(51)은 수 ㎜의 간극을 통해서 근접하고 있고, 또 리니어 모터 액추에이터(1)를 정격 추력으로 연속 운전했을 때에 상기 코일 유닛(50)은 70 내지 90℃ 정도로까지 고온이 되므로, 코일 유닛(50)로부터의 복사, 또는 공기의 대류에 의해 마그네트 유닛(51)이 고온이 되고, 또 당해 마그네트 유닛(51)을 고정한 테이블 플레이트(4)도 고온이 된다.
리니어 모터 액추에이터(1)를 정격 추력으로 연속 운전했을 경우, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)의 온도는 끝없이 상승하는 것이 아니라, 어느 정도까지 온도가 상승하면 열평형 상태에 도달하여, 운전을 계속해도 그 이상은 온도가 상승하지 않는 포화 온도가 된다. 그러나, 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)를 비교했을 경우, 이 포화 온도에는 차가 발생한다.
베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)의 포화 온도에 차가 발생하면, 각 플레이트(2, 4)는 자기의 온도에 따른 열팽창을 발생시키기 때문에, 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)의 열팽창량에 차가 발생하게 된다. 이로 인해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 베이스 플레이트(2)에 고정한 한 쌍의 궤도 레일(30) 사이의 거리 LB과, 이들 궤도 레일(30)에 조립된 이동 블록(31)의 거리 LT에 차가 발생하는 결과가 되고, 궤도 레일(30)의 한쪽의 측면에서는 볼(32)이 궤도 레일(30)과 이동 블록(31) 사이에서 압축되어, 궤도 레일(30)의 다른 쪽의 측면에서는 볼(32)과 궤도 레일(30) 또는 이동 블록(31) 사이에 간극이 발생하게 된다.
예를 들어, 베이스 플레이트(2)의 재질이 테이블 플레이트(4)의 재질과 동일하여, 운전 중에 있어서의 베이스 플레이트(2)의 포화 온도가 테이블 플레이트(4)의 그것보다도 높은 경우에는, 운전 개시 전의 상태에 있어서 한 쌍의 궤도 레일(30) 간의 거리 LB가 이들 궤도 레일(30)에 조립된 이동 블록(31)의 거리 LT와 동일했다고 해도, 운전이 개시되어, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)가 포화 온도 근방에까지 승온하면, 거리 LB가 거리 LT보다도 커진다. 이로 인해, 도 3에 있어서 궤도 레일(30)의 외측면에 위치하는 볼(32a)은 당해 궤도 레일(30)과 이동 블록(31) 사이에서 압축되어, 볼(32a)에 대하여 소위 예압을 부여한 상태로 된다.
그러나, 거리 LB과 거리 LT의 차가 너무 커지면, 볼(32a)은 리니어 가이드(3)에 적절한 예압의 영역을 초과해서 과도하게 압축되게 되고, 궤도 레일(30)의 구름 주행면(33)이나 이동 블록(31)의 부하 구름 주행면에 압흔이 발생하거나, 혹은 볼(32a)에 편 마모가 발생하는 등으로, 리니어 가이드(3)의 수명이 조기에 다해 버릴 우려가 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해서는, 우선, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)로서 각각 선팽창 계수가 작은 재질을 선택하는 것이 필요하다. 선팽창 계수가 작은 재질을 선택함으로써, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4) 각각의 열팽창량을 작게 억제하할 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질을 선택하는 것이 유효하다.
선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질로 베이스 플레이트(2)나 테이블 플레이트(4) 등의 구조재로서 적합한 것으로서는, 예를 들어 세라믹스나 저열팽창 주물이 있다. 단, 세라믹스는 궤도 레일(30)이나 이동 블록(31)이라고 하는 기기를 설치할 때에 필요한 볼트 구멍의 가공에 수고를 필요로 하고, 제작 비용도 커지므로, 기계 가공의 용이성을 고려한 경우 후자의 저열팽창 주물이 바람직한 선택이다. 시장에서 입수하는 저열팽창 주물로서는, 선팽창 계수가 7.5×10-6(1/℃) 정도의 것(일본 주조제/상품명:LEX-75)으로부터, 선팽창 계수가 0.8×10- 6(1/℃) 이하의 것(일본 주조제/상품명:LEX-SF1)도 알려져 있다.
또한, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)의 열팽창량의 차를 억제하기 위해서는, 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수에 차를 설정하는 것이 유효하다. 베이스 플레이트(2) 또는 테이블 플레이트(4)의 어느 선팽창 계수를 작게 설정할지는, 이들 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)의 포화 온도의 고저에 의해 상이하다. 가령, 베이스 플레이트(2)의 포화 온도가 테이블 플레이트(4)의 그것보다도 높은 것이라면, 베이스 플레이트(2)의 선팽창 계수를 테이블 플레이트(4)의 그것보다도 작게 설정하고, 반대의 경우이면, 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수를 베이스 플레이트(2)의 그것보다도 작게 설정하게 된다.
발열원인 코일 유닛(50)은 베이스 플레이트(2)에 고정되어 있는 점에서, 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)를 비교한 경우, 베이스 플레이트(2)에 대하여 전도하는 열에너지의 양은 테이블 플레이트(4)에 대하여 전도하는 그것보다도 커진다. 따라서, 리니어 모터 액추에이터(1)를 독립된 계로서 파악한 경우에는, 베이스 플레이트(2)의 포화 온도 쪽이 테이블 플레이트(4)의 그것보다도 높아진다. 이 경우, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수의 예로서는, 베이스 플레이트(2)의 그것을 0.8×10-6(1/℃)으로, 테이블 플레이트(4)의 그것을 2.5×10-6(1/℃)으로 설정한다.
그 한편, 상기 베이스 플레이트(2)는 다른 기계 장치(이하, 「피 설치체」라고 함)에 고정되어서 사용되는 점에서, 베이스 플레이트(2)가 코일 유닛(50)의 발열에 의해 가열되면, 베이스 플레이트(2)와 피 설치체 사이에 온도 구배가 발생하고, 코일 유닛(50)에서 발생한 열은 베이스 플레이트(2)로부터 피 설치체로 전도하게 된다. 이로 인해, 코일 유닛(50)이 베이스 플레이트(2)에 고정되어 있는 경우라도, 상기 베이스 플레이트(2)의 열전도율이 극단적으로 작을 경우나, 베이스 플레이트(2)와 피 설치체 사이에 단열층을 설치한 경우를 제외하고, 테이블 유닛(4)의 포화 온도가 베이스 유닛의 그것보다도 커지는 경향에 있다.
만약, 베이스 플레이트(2)의 열전도율을 극단적으로 작게 설정한 경우나, 베이스 플레이트(2)와 피 설치체 사이에 단열층을 설치한 경우에는, 당해 베이스 플레이트(2)의 포화 온도가 100℃ 근방까지 상승할 가능성이 있어, 화재나 화상 등의 사고의 발생이 걱정되거나, 또한, 코일 유닛(50)을 구성하는 부재에는 내열성의 높은 재질을 사용할 필요가 발생해 버린다. 따라서, 리니어 모터 액추에이터(1)를 실제로 사용하는 경우, 베이스 플레이트(2)의 열전도율을 극단적으로 작게 설정하거나, 베이스 플레이트(2)와 피 설치체 사이에 단열층을 설치하거나 하는 예는, 특수한 사용예라고 생각되어, 대부분의 사용예에서는 베이스 플레이트(2)에 코일 유닛(50)이 설치되어 있는 경우라도, 베이스 플레이트(2)의 포화 온도가 테이블 플레이트(4)의 그것보다도 낮아져 있는 것이라고 생각된다.
이상의 점으로 보면, 베이스 플레이트(2)와 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수에 차를 설정하는 데 있어서, 테이블 플레이트의 선팽창 계수를 코일 유닛이 설치된 베이스 플레이트의 선팽창 계수보다도 작게 설정하는 것이 유효하다. 이 경우, 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수의 예로서는, 베이스 플레이트(2)의 그것을 2.5×10-6(1/℃)에, 테이블 플레이트(4)의 그것을 0.8×10-6(1/℃)으로 설정한다.
실제로 리니어 모터 액추에이터(1)를 조립해서 리니어 모터(5)를 정격 추력으로 연속 운전시켜, 베이스 플레이트(2), 테이블 플레이트(4) 및 코일 유닛(50)의 온도를 실측한 바, 코일 유닛(50)의 포화 온도가 75℃에 도달하고, 그때의 베이스 플레이트(2)의 포화 온도는 약 45℃, 테이블 플레이트(4)의 포화 온도는 약 60℃이었다.
따라서, 베이스 플레이트 및 테이블 플레이트의 재질로서 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 것을 사용하고, 또한, 테이블 플레이트의 선팽창 계수를 베이스 플레이트의 그것보다도 작게 설정하면, 베이스 플레이트와 테이블 플레이트의 열팽창량을 작게 억제하면서, 양자의 열팽창량의 차를 수십 ㎛ 정도로 억제할 수 있어, 리니어 가이드의 볼에 대하여 과도한 예압이 작용해 버리는 것을 방지할 수 있었다. 이에 의해, 본 실시 형태의 리니어 액추에이터는, 리니어 가이드에 의해 지지된 테이블 플레이트의 이동 정밀도 및 위치 결정 정밀도를 충분히 확보할 수 있고, 또한 당해 정밀도를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능해졌다.
또한, 본 발명은 전술해 온 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어, 실시 형태로 나타낸 일축의 리니어 모터 액추에이터에 한하지 않고, 이러한 일축 리니어 모터 액추에이터를 2단 적층한 XY 테이블에 적용하는 것도 가능하다. 또한, XY 테이블에 적용하는 경우에는, X축 및 Y축의 양쪽에 본 발명을 적용하거나, 혹은 X축 또는 Y축의 한쪽에만 본 발명을 적용해도 지장없다.

Claims (2)

  1. 다른 기계 장치에 고정되는 베이스 플레이트(2)와, 이 베이스 플레이트(2) 상에 서로 평행하게 배치된 복수의 리니어 가이드(3)와, 이들 리니어 가이드(3)에 지지되어서 상기 베이스 플레이트(2) 상을 왕복 운동 가능한 테이블 플레이트(4)와, 이 테이블 플레이트(4)에 설치된 마그네트 유닛(51)과, 상기 베이스 플레이트(2)에 설치되는 동시에 상기 마그네트 유닛(51)과 대향해서 리니어 모터(5)를 구성하는 코일 유닛(50)을 구비하고, 각 리니어 가이드(3)는, 길이 방향을 따라서 전동체(32)의 구름 주행면(33)이 형성된 궤도 레일(30)과, 다수의 전동체(32)를 통해서 상기 궤도 레일(30)에 조립되어, 당해 궤도 레일(30)을 따라 운동하는 이동 블록(31)으로 구성되고, 상기 베이스 플레이트(2) 및 테이블 플레이트(4)는, 선팽창 계수가 11×10-6(1/℃) 이하의 재질로 형성되고, 또한, 양자의 선팽창 계수에 차를 형성한 것을 특징으로 하는, 리니어 모터 액추에이터(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 마그네트 유닛(51)이 설치된 테이블 플레이트(4)의 선팽창 계수는, 상기 코일 유닛(50)이 설치된 베이스 플레이트(2)의 선팽창 계수보다도 작은 것을 특징으로 하는, 리니어 모터 액추에이터(1).
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