(57)【要約】【課題】構成部材による影響を受け駆動推力が変動をすることのないリニアモータを使用した１軸駆動装置を提供する。【解決手段】Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子１４と、固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子１６とを有するリニアモータ１２と、固定テーブル３０と、固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブル３２と、を有し、固定子１４又は移動子１６の一方が固定テーブルに固定され、他方が移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置。固定テーブル及び移動テーブルのうち、少なくともリニアモータ１２周縁の部分が非磁性材料で構成される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、
固定テーブルと、
該固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、
前記固定子又は移動子の一方が前記固定テーブルに固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、
前記固定テーブル及び移動テーブルのうち、少なくとも前記リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されていることを特徴とする１軸駆動装置。
【請求項２】
Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、
固定テーブルと、
該固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、
前記固定子又は移動子の一方が前記固定テーブルに固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、
前記固定テーブルと前記移動テーブルとの摺動面と、前記リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配され、かつ、前記固定テーブル及び移動テーブルの摺動面と前記リニアモータとが所定距離隔置されていることを特徴とする１軸駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータを使用した１軸駆動装置（直動装置とも称呼される）に係り、特に、磁力による駆動推力の変動を抑制し易い１軸駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固定テーブルと、この固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持され、この方向に駆動される移動テーブルとで構成される１軸駆動装置（直動装置とも称呼される）が知られている。この１軸駆動装置は、各種のモータ（たとえば、ステッピングモータ、リニアモータ等）により駆動される構成のものが多い。
【０００３】
図６は、１軸駆動装置の一例を示す斜視図である。同図において、１軸駆動装置１は、固定テーブル２と、固定テーブル２に対し摺動面３、３で１軸方向（図の矢印方向）に摺動自在に支持されている移動テーブル４と、モータ駆動機構５と、を有している。
【０００４】
１軸駆動装置１において、モータ駆動機構５のねじ部材６は軸受７、７を介して固定テーブル２に回動自在に固定されており、ねじ部材６と歯合する図示しないナット部材は移動テーブル４に固定されている。
【０００５】
そして、モータ駆動機構５のうち、固定テーブル２に固定されたモータ８を駆動することにより、ナット部材と一体となった移動テーブル４は、図の矢印方向に前後移動する。
【０００６】
このような１軸駆動装置に使用されるモータとしては、図示のものとは異なり、回動しない構成のリニアモータも適用できる。このリニアモータのうちでも、棒状磁石である固定子と、固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、固定子に沿って直線移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータは、コギングが少ない、速度ムラが少ない、等の特徴を持っており、市場に出回りつつある（たとえば、ＧＭＣ　ＨＩＬＬＳＴＯＮＥ社製、商品名：シャフトモーター。）。
【０００７】
図７において、このようなリニアモータ１０１の断面が略示されている。Ｎ極とＳ極とが交互に直線状に配列されてなる棒状磁石である固定子１０２に、コイル部材を有する環状部材である移動子１０４が嵌装されている。そして、固定子１０２の磁束と移動子１０４のコイル部材に流される電流との相互作用により、フレミングの左手の法則によって、移動子１０４は固定子１０２に沿って直線移動する。なお、移動子１０４のコイル部材には図示しない駆動回路より電流が供給される。
【０００８】
このようなリニアモータの改良技術として、安定的に精度良く作動できるとする構成のものが提案されている（特許文献１、特許文献２等。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３３１８３４号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１１−１５０９７３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１軸駆動装置に上記従来のリニアモータを適用した場合、このリニアモータの駆動推力が変動し易いといった問題点がある。すなわち、１軸駆動装置は、通常は、固定テーブル及び移動テーブルが金属材料で構成されている。これは、加工のし易さ、高剛性、高耐久性等の理由による。ところが、固定テーブル及び移動テーブルのリニアモータ周縁の部分が磁性材料である金属材料で構成されていると、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料の影響を受け、その結果、リニアモータの駆動推力が変動し易い。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１軸駆動装置の構成部材による影響を受け駆動推力が変動をすることのないリニアモータを使用した１軸駆動装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、固定テーブルと、該固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、前記固定子又は移動子の一方が前記固定テーブルに固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、前記固定テーブル及び移動テーブルのうち、少なくとも前記リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されていることを特徴とする１軸駆動装置を提供する。
【００１４】
本発明によれば、リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されているので、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。
【００１５】
また、本発明は、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、固定テーブルと、該固定テーブルに対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、前記固定子又は移動子の一方が前記固定テーブルに固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、前記固定テーブルと前記移動テーブルとの摺動面と、前記リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配され、かつ、前記固定テーブル及び移動テーブルの摺動面と前記リニアモータとが所定距離隔置されていることを特徴とする１軸駆動装置を提供する。
【００１６】
本発明によれば、固定テーブル及び移動テーブルの摺動面とリニアモータとが所定距離隔置されている。したがって、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。また、固定テーブルと移動テーブルとの摺動面と、リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配されている。したがって、ローリングやピッチングの影響は受けにくい。また、ヨーイングの影響を多少受けることがあっても、固定テーブルと移動テーブルとの摺動面長さを所定長とれば、これを軽減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る１軸駆動装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る１軸駆動装置の第一の実施形態の断面図であり、図２は、１軸駆動装置に使用されるリニアモータ１２の概要を示す斜視図であり、図３は、リニアモータ１２の要部拡大断面図である。
【００１８】
１軸駆動装置１０は、固定テーブル３０と、移動テーブル３２と、固定テーブル３０と移動テーブル３２とを１軸方向に摺動自在に移動可能に連結する直動ガイド３４、３４と（以上の部材は、図２では図示を略す）、固定子１４及び移動子１６を主体としてなるリニアモータ１２と、固定子１４の両端部を固定テーブル３０に固定する固定金具２０、２０と、移動子１６に給電を行うケーブルベア２２と、移動子１６の１軸方向位置を検出するエンコーダ２４及びエンコーダスケール２６と、固定子１４の両端部近傍に設けられ、移動子１６のエンドリミットを検知するリミットセンサ２８、２８と、より構成される。
【００１９】
なお、リニアモータ１２の移動子１６は移動テーブル３２に固着され、エンコーダ２４は移動テーブル３２に固着され、エンコーダスケール２６は固定テーブル３０に固着されている。
【００２０】
直動ガイド３４は、長尺のレール状の固定部３４Ａと移動部３４Ｂとを有し、移動部３４Ｂは固定部３４Ａに対し１軸方向に摺動自在に支持されている。このような摺動機構には、ころがり案内（ボール、コロ等による）、すべり案内等の機構が採用できる。このような直動ガイド３４としては、たとえば、ＴＨＫ社製、商品名：ＬＭガイドが使用できる。なお、直動ガイド３４を使用せず、固定テーブル３０に直接移動テーブル３２を、１軸方向に摺動自在に支持する構成を採用してもよい。
【００２１】
ここで、固定テーブル３０及び移動テーブル３２のうち、少なくともリニアモータ１２周縁の部分が非磁性材料で構成されている必要がある。なお、本実施態様では、固定テーブル３０及び移動テーブル３２の全ての部分を非磁性材料で構成させてある。このような非磁性材料としては、各種セラミックスが好ましく使用できる。また、縦弾性係数等が所定の値以上であれば、各種樹脂材料、特にエンジニアリングプラスチック等が好ましく使用できる。その他、これ以外の各非磁性材料も使用できる。
【００２２】
次に、図３等によりリニアモータ１２の詳細について説明する。リニアモータ１２は、いわゆるシャフト型のリニアモータである。リニアモータ１２は、前述のように界磁用のマグネットが形成されている直線棒状のシャフト部材である固定子１４と、コイル部材を主要部として有する環状部材である移動子１６がこれに嵌装されることにより構成されている。
【００２３】
固定子１４は、機械加工が可能で、着磁可能な材料、たとえば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系金属よりなり、断面が円形に形成されている。また、固定子１４は、その長手方向に沿って等ピッチの、好ましくは略矩形の磁束分布となるように着磁されている。これにより、固定子１４には、その長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが同じ磁極幅Ｐで交互に並んだ駆動用着磁部が形成されており、これが界磁マグネットとなっている。この磁極幅Ｐは、たとえば３０ｍｍとすることができる。
【００２４】
移動子１６のコイル部材４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とするコイル群の２組（第１組のコイル群及び第２組のコイル群）よりなる。第１組のコイル群は、コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。第２組のコイル群は、コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。これらのコイルは、いずれも磁極幅Ｐの１／３の幅に形成されている。
【００２５】
移動子１６のコイル部材４０を構成するこれら各コイルは、その外周面を接着剤によってコーティングするようにして固着され一体化されている。そして、コイル部材４０は、中空直方体状の移動子フレーム４２の中空部分に内蔵されており、かつ、移動子フレーム４２の内周面に一体化して支持されている。
【００２６】
移動子１６の移動子フレーム４２の左右両端部分には、固定子１４に嵌装され、固定子１４に摺動可能な軸受け部４４、４４が設けられている。この軸受け部４４、４４の作用により、移動子１６は固定子１４に沿って滑らかに移動できる。
【００２７】
そして、固定子１４の磁束と移動子１６のコイル部材４０に流される電流との相互作用により、フレミングの左手の法則によって、移動子１６は固定子１４に沿って直線移動する。なお、移動子１６のコイル部材４０には図示しない駆動回路よりケーブルベア２２を介して電流が供給される。
【００２８】
その他、１軸駆動装置１０の他の構成（固定金具２０、ケーブルベア２２、エンコーダ２４、エンコーダスケール２６、リミットセンサ２８）については、いずれも公知のものであることより、その説明は省略する。
【００２９】
なお、１軸駆動装置１０の概要は図示しなかったが、全体構成は図６に示される従来例の１軸駆動装置１と略同様であり、相違点は、モータ駆動機構５がリニアモータ１２に置き換わった点のみである。
【００３０】
以上の構成の１軸駆動装置１０によれば、リニアモータ１２周縁の部分（固定テーブル３０及び移動テーブル３２）が非磁性材料で構成されているので、リニアモータの磁力が周縁の材料の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータ１２の駆動推力が変動しにくい。
【００３１】
上記の構成の１軸駆動装置１０の用途としては、たとえば、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、三次元座標測定装置等の駆動部への使用が挙げられる。このような用途に使用した場合、リニアモータ１２の特徴とする、メンテナンスが不用である、磨耗部分がない、低振動駆動が可能である、速度範囲を大きくとれる、高剛性である、構造が簡単である、バックラッシュがない、等の有利な効果が得られる。
【００３２】
次に、添付図面に従って本発明に係る１軸駆動装置の好ましい他の実施の形態について詳説する。図４は、本発明に係る１軸駆動装置の第二の実施形態の断面図であり、図５は、同じく斜視図である。なお、第一の実施形態（図１〜図３）と同一、類似の部材については、同様の符合を附し、その説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の第一の実施形態との相違点は、リニアモータ１２の配設位置にある。すなわち、第一の実施形態では、直動ガイド３４、３４の間に、この直動ガイド３４、３４と平行にリニアモータ１２が配されていたが、第二の実施形態では、リニアモータ１２は直動ガイド３４、３４と所定距離離れた位置に直動ガイド３４、３４と平行に配されている。
【００３４】
そして、第一の実施形態では、移動子１６は移動テーブル３２に固着されていたが、本実施形態では、移動子１６は移動テーブル３２から水平方向に延設される連結板３６に固着されている。この連結板３６の長さ（１軸駆動方向）は、移動子１６を固着できるだけの極力短い長さとするのが好ましい。
【００３５】
また、リニアモータ１２に相対する固定テーブル３０の部分は、固定金具２０、２０を固着する部分を残してコ次状に切り欠かれている。
【００３６】
以上の構成の１軸駆動装置１１によれば、固定テーブル３０及び移動テーブル３２が磁性材料（金属材料等）で形成されていても、リニアモータ１２の周縁部分には磁性材料が殆ど存在せず、リニアモータの磁力が周縁の材料の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータ１２の駆動推力が変動しにくい。なお、連結板３６が磁性材料（金属材料等）で形成されていても、その面積を最小限度に抑えれば、リニアモータの磁力がこの影響を受けにくい。
【００３７】
また、既述したように、固定テーブル３０と移動テーブル３２との摺動面と、リニアモータ１２の固定子１４の軸心とが略同一平面内に配されている。したがって、ローリングやピッチングの影響は受けにくい。また、ヨーイングの影響を多少受けることがあっても、固定テーブル３０と移動テーブル３２との摺動面長さを所定長とれば、これを軽減できる。
【００３８】
以上、本発明に係る１軸駆動装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たとえば、実施形態（第一、第二）では直動ガイド３４を２個設ける構成を採用したが、１個のみ設ける構成であってもよい。
【００３９】
また、既述したように、直動ガイド３４を設けずに、固定テーブル３０に直接移動テーブル３２を、１軸方向に摺動自在に支持する構成を採用してもよい。
【００４０】
また、１軸駆動装置１０にこのようなリニアモータ１２を適用し、水平に対して傾斜させて使用した場合、移動子１６の自重により駆動推力が変動を受ける。また、このような状態で移動子１６の落下を防止すべく、移動子１６に通電した状態を維持すると、移動子１６に発熱を生じ、この発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こし易い。これらの不具合を抑制すべく、以下の構成を採用できる。
【００４１】
すなわち、Ｎ極とＳ極とが交互に直線状に配列されてなる棒状磁石である固定子１４と、固定子１４に嵌装されるとともに、コイル部材４０を有し、固定子１４に沿って直線移動が可能な環状部材である移動子１６と、を有するリニアモー１２を使用した１軸駆動装置であって、バランスウェイトが移動子１６と釣り合うように配されていることを特徴とする１軸駆動装置である。
【００４２】
ここで、「バランスウェイト」とは、「研削加工等において回転体の不釣合いを取り除くために付加するおもり。門型工作機械のクロスレールや中ぐり盤の主軸頭の自重と釣り合わせるのに用いるおもり。」（以上、切削・研削・研磨用語辞典、砥粒加工学会編、１９９５年、工業調査会出版）と説明されているが、本明細書においては、上記のうち、後者の意味で使用する。
【００４３】
このような構成によれば、移動子１６の自重又は移動子１６に他の構成部材（本例では移動テーブル３２）が取り付けられている場合にはこれらと略同一重量のバランスウェイトにより釣り合いがとれる。したがって、移動子１６の自重等による影響はなく、駆動推力が変動を受けず、また、発熱等による寸法精度誤差を生じさせない。
【００４４】
このような構成において、前記バランスウェイトの重量が移動子１６の重量と移動テーブル３２の重量との合計値と略同一であることが好ましい。このように移動子等の自重と略同一重量のバランスウェイトにより釣り合いがとれる。したがって、移動子等の自重による駆動推力が変動を受けず、また、寸法精度誤差を生じさせない。
【００４５】
また、このような構成において、前記バランスウェイトの重量が前記移動子の重量と移動テーブル３２の重量との合計値に対し上下２０％の範囲内であることが好ましい。バランスウェイトの重量がこのような範囲内であれば、移動子の自重等による駆動推力の変動は許容範囲となることが多く、また、寸法精度誤差も生じにくい。
【００４６】
また、このような構成において、前記バランスウェイトは、リニアモータ１２の一端部又は両端部の近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材を介して巻き掛け運動伝達部材により移動子１６と連結されていることが好ましい。このように、バランスウェイトが、巻き掛け運動伝達支持部材を介して巻き掛け運動伝達部材により移動子１６と連結されていれば、容易に釣り合いがとれるからである。
【００４７】
なお、「巻き掛け運動伝達部材」とは、機構学での巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、ベルト、チェーン、ワイヤ等が該当する。また、「巻き掛け運動伝達支持部材」とは、同じく巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、プーリ、ベルト車、スプロケット等が該当する。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されているので、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。
【００４９】
また、本発明によれば、固定テーブル及び移動テーブルとリニアモータとが所定距離隔置されている。したがって、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。また、固定テーブルと移動テーブルとの摺動面と、リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配されいる。したがって、ローリングやピッチングの影響は受けにくい。また、ヨーイングの影響を多少受けることがあっても、固定テーブルと移動テーブルとの摺動面長さを所定長とれば、これを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１軸駆動装置の実施態様の断面図
【図２】１軸駆動装置に使用されるリニアモータの概要を示す斜視図
【図３】リニアモータの要部拡大断面図
【図４】本発明に係る１軸駆動装置の他の実施態様の断面図
【図５】本発明に係る１軸駆動装置の他の実施態様の斜視図
【図６】従来の１軸駆動装置の一例を示す斜視図
【図７】リニアモータの概要を示す断面図
【符号の説明】
１０、１１…１軸駆動装置、１２…リニアモータ、１４…固定子、１６…移動子、２０…固定金具、２２…ケーブルベア、２４…エンコーダ、２６…エンコーダスケール、２８…リミットセンサ、３０…固定テーブル、３２…移動テーブル、３４…直動ガイド、３６…連結板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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