(57)【要約】  生産機械、工作機械、ロボット等は、電気的位置決め駆動部（４、１０）を持つ。該駆動部は、固定子（１１）と、少なくとも１つの走行方向に移動可能な可動子（１２）を持ち、可動子は、固定子に対し走行方向と異なる少なくとも１つの支持方向において磁場で非接触支持される。位置決め駆動部にセンサ装置（１４）が付属し、該装置で支持方向における可動子の固定子に対する変位量を非接触で検出する。位置決め駆動部に制御装置（１７）も付属し、制御装置にセンサ装置で検出した可動子の固定子に対する変位量が供給される。制御装置で、支持方向における可動子の固定子に対する変位量と、支持方向での可動子の固定子に対する目標支持位置とに基づき、位置決め磁石システムに対する調整信号を求め、これを磁石システムに供給し、磁石システムにより少なくとも１つの支持方向での可動子の固定子に対する支持位置を非接触に追跡する。
2008509495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電気的位置決め駆動部（４、１０）を備え、下記の特徴を持つ機械。  位置決め駆動部（４、１０）が、固定子（１１）と、該固定子（１１）に対し少なくとも１つの走行方向（ｘ、ｚ、γ）に移動可能な可動子（１２）とを有し、可動子（１２）が、固定子（１１）に対し、前記少なくとも１つの走行方向（ｘ、ｚ、γ）とは異なる少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）において磁場により非接触支持されており、
位置決め駆動部（４、１０）にセンサ装置（１４）が付設され、該センサ装置（１４）により前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）における可動子（１２）の固定子（１１）に対する変位量が非接触で検出され、
位置決め駆動部（４、１０）に制御装置（１７）が付設され、該制御装置（１７）に、センサ装置（１４）によって検出した、前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）における可動子（１２）の固定子（１１）に対する変位量が供給され、
制御装置（１７）により、前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）における可動子（１２）の固定子（１１）に対する変位量と、前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）における可動子（１２）の固定子（１１）に対する目標支持位置とに基づいて、位置決め磁石システム（１８）に対する調整信号を求めて、該位置決め磁石システム（１８）に出力され、更に
前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）における可動子（１２）の固定子（１１）に対する支持位置が、位置決め磁石システム（１８）により非接触に追跡される。
【請求項２】
可動子（１２）が直線可動子（１２）であり、前記少なくとも１つの走行方向が直線方向（ｘ）であることを特徴とする請求項１記載の機械。
【請求項３】
可動子（１２）が回転子（１２）であり、前記少なくとも１つの走行方向が回転方向（γ）であることを特徴とする請求項１記載の機械。
【請求項４】
位置決め駆動部（４）が回転・昇降複合駆動部として構成され、可動子（１２）が軸線（５）の周りに回転可能であり且つ該軸線（５）に沿って移動可能であること、位置決め駆動部（４）が２つの走行方向（ｚ、γ）を有し、その１つが直線方向（ｚ）であり、他が回転方向（γ）であることを特徴とする請求項１記載の機械。
【請求項５】
前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）が直線方向（ｘ、ｙ、ｚ）であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の機械。
【請求項６】
前記少なくとも１つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）が回転方向（α、β、γ）であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の機械。
【請求項７】
位置決め駆動部（４、１０）が少なくとも２つの支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）を有していること、支持方向（ｙ、ｚ、α、β、γ、ｘ、ｙ、ｚ、α、β）のそれぞれ少なくとも１つが直線方向（ｘ、ｙ、ｚ）であり、他が回転方向（α、β、γ）であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電気的位置決め駆動部を備えた機械、特に生産機械、工作機械および／又はロボットであって、前記位置決め駆動部が、固定子と、該固定子に対し少なくとも１つの走行方向に移動可能な可動子とを有し、可動子が、固定子に対し、前記少なくとも１つの走行方向とは異なる少なくとも１つの支持方向において磁場により非接触支持されている機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の機械は周知である。
【０００３】
多くの機械では、位置決めすべき要素を高精度で走行させねばならない。この種の機械とは、例えば工作機械、加工ステーション又は射出成形機等の生産機械である。ここで、位置決めすべきこの要素の走行は、通常電気的位置決め駆動部により行われる。この位置決め駆動部は固定子と可動子とを有し、可動子は固定子に対し少なくとも１つの走行方向に移動可能である。このような位置決め駆動部の場合、可動子は固定子に対し通常前記少なくとも１つの走行方向とは異なる少なくとも１つの支持方向においてころ軸受で支持されている。
【０００４】
可動子が固定子に対し前記少なくとも１つの走行方向とは異なる少なくとも１つの支持方向において磁場により非接触に支持された駆動部も既に知られている。代表的には、この技術の、磁気浮上鉄道（トランスラピッド）での使用である。
【０００５】
生産機械でも、同様の位置決め駆動部が既に使用されている。この駆動部の場合、支持方向における可動子の位置決めはガイドレールで行われ、即ち非接触では行われない。従来技術では、ガイドは位置決め駆動部の必要な位置決め精度と剛性とを保障するために必要となる。しかし、本来の利点である、固定子或いは該固定子と結合されている要素の非接触性や、可動子或いは該可動子と結合されている要素の非接触性は達成されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、位置決め駆動部が完全に非接触に構成されているにも係らず、位置決め駆動部の位置決め精度および剛性が少なくとも１つの支持方向においても維持されるように、冒頭で述べた種類の機械を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、以下の要件を満たすことで達成される。即ち、
位置決め駆動部にセンサ装置を付設し、該センサ装置により前記少なくとも１つの支持方向における可動子の固定子に対する変位量を非接触で検出すること、
位置決め駆動部に制御装置を付設し、該制御装置に、センサ装置によって検出した、前記少なくとも１つの支持方向における可動子の固定子に対する変位量を供給すること、
制御装置により、前記少なくとも１つの支持方向における可動子の固定子に対する変位量と、前記少なくとも１つの支持方向における可動子の固定子に対する目標支持位置とに基づいて、位置決め磁石システムに対する調整信号を求めて、該位置決め磁石システムに出力すること、および
前記少なくとも１つの支持方向における可動子の固定子に対する支持位置を、位置決め磁石システムにより非接触に追跡すること。
【０００８】
可動子は直線可動子であってよい。この場合には、前記少なくとも１つの走行方向は直線方向である。
【０００９】
これとは別に、可動子は回転子であってもよい。この場合には、前記少なくとも１つの走行方向は回転方向である。
【００１０】
これに加えて、位置決め駆動部が回転・昇降複合駆動部として構成され、可動子が軸線の周りに回転可能であり且つ該軸線に沿って移動可能であってよい。この場合、位置決め駆動部は２つの走行方向を有し、１つは直線方向、他は回転方向である。
【００１１】
走行方向の種類と無関係に、前記少なくとも１つの支持方向は直線方向又は回転方向であってよい。なおこれとは別に、可動子を直線可動子として構成する場合には、回転方向とは、狭い意味でも広い意味でも回転方向である。ここで狭い意味での回転方向とは走行方向によって特定される軸線の周りでの回転方向であり、広い意味での回転方向とは走行方向に対する可動子の姿勢の回転方向である。
【００１２】
しかも、位置決め駆動部は、通常少なくとも２つの支持方向を有しており、これら支持方向の少なくとも１つが直線方向であり、他が回転方向である。即ち殆どの場合、可動子の原理的に可能な６つの自由度（３つの並進自由度＋３つの回転自由度）の各々が走行方向又は複数の走行方向の１つと対応し、又は１つの支持方向と対応している。
【００１３】
他の利点と詳細は、図面を用いた以下の１実施形態の説明から明らかである。なお、図面は原理的な図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は生産機械の簡単な例、即ち純粋に模範的な中繰り盤の形態の工作機械を示す。
【００１５】
図１によれば、工作機械は本体１を有し、本体１は主軸２を担持し、主軸２は回動アーム３を支持している。回動アーム３は第１の電気的位置決め駆動部４を用いて回動軸線５の周りを回動可能である。従って第１の位置決め駆動部４は回転駆動部である。回動アーム３は、その半径方向外側に配置される端部に、回転駆動部７を備えた中繰り主軸６を担持している。従って、回動アーム３が回動可能であるため、中繰り主軸６は、半径ｒが中繰り主軸６と回動軸線５との間隔に相当する円Ｋに沿って走行可能である。
【００１６】
中繰り主軸６を用いて工作物８に中繰り穴を形成できる。この場合、中繰り穴の形成は中繰り主軸６を降下させることで行う。中繰り主軸６の降下は、第１の位置決め駆動部４又は簡単のため図１には示さない他の駆動部で行える。第１の位置決め駆動部４で中繰り主軸６の降下を行うなら、位置決め駆動部４は回転・昇降複合駆動部として構成する。
【００１７】
加工対象である工作物８は工作台９の上に固定されている。工作台９は第２の電気的位置決め駆動部１０を用いて本体１に沿って走行可能である。
【００１８】
図２は第２の位置決め駆動部１０の構成の詳細図である。
【００１９】
図２によれば、第２の位置決め駆動部１０は固定子１１と可動子１２とを備える。可動子１２は線形滑動体であり、固定子１１に対し直線走行方向ｘに移動できる。固定子１１は本体１と堅固に結合され、例えば本体１と一体に形成されている。可動子１２は工作台９と堅固に結合されており、例えば工作台９と一体に形成されている。従って第２の位置決め駆動部１０は線形駆動部であり、該線形駆動部により工作台９は本体１に対し直線走行方向ｘに沿って走行可能である。
【００２０】
可動子１２は、第２の位置決め駆動部１０の走行方向ｘに対し横方向、即ち支持方向ｙとｚに、磁場により固定子１１に対し非接触で支持されている。なお磁場は、可動子１２の非接触支持と駆動とを行う強力な電磁石１３により発生する。
【００２１】
可動子１２が固定子１１に対し非接触支持されているため、可動子１２が固定子１１に対し走行方向ｘばかりか、支持方向ｙ、ｚにも変位することがあり得る。この際、支持方向ｙとｚにおける純粋に直線的な変位だけでなく、これら方向ｘ、ｙ、ｚの内の１つ又は幾つかの方向の周りで、即ち回転方向α、β、γの周りで工作台９が回転可能である。
【００２２】
この種の変位を検知すべく、センサ装置１４を設けている。センサ装置１４は、例えば多数の個々のセンサ１５と評価装置１６とを備える。各センサ１５は工作台９と本体１との間隔又は可動子１２と固定子１１との間隔を非接触で検出する。間隔の検出は、例えば超音波往復時間の測定や、誘導的測定法で行える。他の間隔検出方法も採用できる。
【００２３】
センサ１５は、図２によれば、支持方向ｙにおいては両側に、そして支持方向ｚにおいては可動子１２の下方に配置されている。センサ１５により走行方向ｘでの可動子１２の位置と、支持方向ｙ、ｚでの可動子１２の平均変位量とを検出可能とすべく、これらセンサ１５は、走行方向ｘにおいて互いに間隔を置いて配置するばかりか、ｙ軸線とｚ軸線の周りでの可動子１２の傾動量β、γおよびｘ軸線の周りでの回動量αをも検出可能であるように、走行方向ｘにおいて互いに間隔を置いて配置するとよい。
【００２４】
センサ１５から提供された全ての信号を評価する際、評価装置１６は、支持方向ｙとｚにおける可動子１２の直線的変位量ばかりか、走行方向ｘおよび支持方向ｙ、ｚの周りでの可動子１２の回転量をも検出する。精度に対する要求が少ないなら、支持方向ｙとｚにおける直線的変位量のみ、又は回動量αと傾動量β、γのみを検出すれば足りる。
【００２５】
検知又は検出した可動子１２の変位量は、図２の如く、制御装置１７に送られる。制御装置１７も同様に第２の位置決め駆動部１０に付設されている。制御装置１７は、該制御装置に送られた変位量を対応する可動子１２の目標支持位置と比較する。なお目標支持位置は一定であってよいが、走行方向ｘにおける可動子１２の位置、或いは工作機械の他の構成要素の位置に依存するか、外部から制御装置１７に供給された位置の何れかであってもよい。また、走行方向ｘにおける可動子１２の位置と工作機械の他の構成要素の位置との双方に依存する組み合わせ型の依存性も考えられる。
【００２６】
上記比較に基づき、制御装置１７は位置決め磁石システム１８のための調整信号を求める。位置決め磁石システム１８も同様に第２の位置決め駆動部１０に付設されたものである。位置決め磁石システム１８は、好適には多数の電磁石１９を有し、各電磁石１９は個別に制御可能である。各センサ１５に１つの電磁石１９を付設するとよい。
【００２７】
制御装置１７は、該制御装置で求めた調整信号を位置決め磁石システム１８へ送る。位置決め磁石システム１８は、この所定の調整信号に応じ、支持方向ｙ、ｚ、α、β、γにおける固定子１１に対する可動子１２の支持位置を非接触で追跡する。
【００２８】
図３は、第１の位置決め駆動部４の構成を更に詳細に示す。第１の位置決め駆動部４の構成は、基本的には第２の位置決め駆動部１０の構成に対応している。唯一の主要な相違点は、可動子１２が直線可動子ではなくて、回転子であることである。これに応じて、第１の位置決め駆動部４の走行方向も回転方向γ、即ち回動軸線５の周りでの回転方向であり、直線方向ｘ、ｙ、ｚの周りでの回転方向ではない。
【００２９】
第１の位置決め駆動部４をこのように構成したので、支持方向ｙとｚにおける可動子１２の変位量を検出し、かつ回動軸線５の周りでの可動子１２の傾動量α、βを検出するには、可動子１２の軸線方向に互いに間隔を持って位置している該可動子１２の両端部において、各々支持方向ｙとｚにおける該可動子１２の変位量を検出すれば足りる。この際、これら測定値の平均値は支持方向ｙとｚにおける直線変位を生じさせ、対応するセンサ１５の軸線方向の間隔と関連した差は、傾動αとβを生じさせる。
【００３０】
図３の実施形態でも、個々のケースに応じ、可動子１２の純粋に直線的な変位量のみ又は可動子１２の純粋な傾動量のみを検出又は評価すれば足りる。しかし通常は、直線的支持方向ｙ、ｚと回転方向α、βとの双方の検出と評価を優先させるべきである。
【００３１】
図１に示す如く、第１の位置決め駆動部４は回転・昇降複合駆動部として構成し得る。この際、可動子１２は回動軸線５の周りで回転可能であり、且つ回動軸線５に沿って、即ちｚ方向に移動可能である。これに対応し、この場合第１の位置決め駆動部４は２つの走行方向ｚ、γを有し、これら両走行方向の内ｚは直線方向、γは回転方向である。
【００３２】
かかる駆動部でも、可動子１２の変位量を検出し、可動子１２の支持位置を追跡することで補正が行える。この場合、回動軸線５の方向ｚ、或いはより一般的には回転・昇降複合駆動部４の軸線の方向に見て、多数のセンサ群と電磁石群を配置せねばならない。その際各センサ群は、図３との関連で前述したように構成できる。各電磁石群の電磁石１９も図３に示すように配置する。なお、センサ群と電磁石群との軸線方向の間隔の大きさは、可動子１２の位置又は変位量を、該可動子１２の軸線方向位置と無関係に、即ちｚ方向の位置に関係なく、常に少なくとも２つのセンサ群で検知でき、且つ少なくとも２つの電磁石群により制御できるように選定するのが好ましい。何故なら、このようにすると、この場合にも、可動子１２の直線変位量も傾動量も常に検知且つ補正可能だからである。
【００３３】
このように、本発明による電気機械を用いると、付属の位置決め駆動部４、１０を非接触作動する磁場支持型駆動部４、１０として構成したにも係らず、工作物８の高精度な位置決めが常に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】生産機械の基本構成図である。
【図２】線形駆動部の基本構成図である。
【図３】主軸駆動部の基本構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
４  電気的位置決め駆動部、５  回動軸線、１０  電気的位置決め駆動部、１１  固定子、１２  可動子、１４  センサ装置、１７  制御装置、１８  位置決め磁石システム、ｘ、ｙ、ｚ  直線走行方向（支持方向）、α、β、γ  回転方向（支持方向）
【図１】
2008509495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2008509495.tif 000007
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