(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に案内支持された移動体に水平方向の直線送りを与える送り装置において、
上記移動体はその下面中央部から下方に向かってウェブがスカート状に延びた断面変形Ｔ字状のものとして形成されているとともに、ウェブの両側には垂直線に対して所定角度傾斜して左右対称となる一対の可動側縦壁面が形成されている一方、
上記支持体は移動体側のウェブを受容する断面略凹形状のものとして形成されているとともに、それぞれの可動側縦壁面と平行でこれらに対向する固定側縦壁面が形成されていて、
これらの支持体と移動体はあり溝型の案内機構を形成していて、
上記移動体側の左右対称位置にある一対の可動側縦壁面とそれに対向する支持体側のそれぞれの固定側縦壁面との間に、磁気吸引力に基づいて上記送り方向の推力を発生するリニアモータを、当該リニアモータの上下に位置する直動型ガイド部材とともに左右対称となるように個別に介装配置するとともに、
上記各リニアモータが支持体に対する移動体の浮上力を発生させる移動体の浮上力発生手段としての機能を併せ持っていて、各リニアモータの磁気吸引力に基づく推力発生と並行してそのリニアモータの磁気吸引力に基づいて移動体に浮上力を発生させるようになっていることを特徴とする工作機械の送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のスライダやテーブル等を移動体とする送り装置に関し、特に送り駆動源としてリニアモータを採用した送り装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電加工機等の工作機械の送り装置としてリニアモータを駆動源とするものが特許文献１等で提案されている。これらの送り装置では、位置決め精度の良さ、発熱の少なさ、磁気吸引力の安定性等の理由から、一般的に同期型のリニアモータ（永久磁石とコイルスライダとの組み合わせ）が使われるが、同期型の場合には永久磁石とコイルスライダ間の磁気吸引力が最大推力の３〜４倍と大きいため、磁気吸引力に逆らって永久磁石とコイルスライダの間隙を一定に保つ機能を持ったリニアガイド（直動型ガイド部材）には常に大きな荷重が加わったままとなる。
【０００３】
例えば切削加工や研削加工でよく使われる１５ｋＮ程度の推力を持ったリニアモータ駆動の送り装置では、リニアガイドに５０ｋＮもの荷重が加わるだけでなく、１５ｋＮ程度の推力を持ったリニアモータにて駆動される送り装置のコラムは１ｔｏｎ程度の質量があることから、古くから採用されている回転型モータとボールねじ機構との組み合わせからなる送り装置ではリニアガイドに１０ｋＮ程度の加重が加わるところ、リニアモータ駆動では１０ｋＮ＋５０ｋＮ＝６０ｋＮと、実に６倍もの荷重が加わることになる。
【０００４】
そして、リニアガイドの寿命はそれ自体が受ける荷重の３乗に反比例（ただし、転動体がボールの場合であって、転動体がローラの場合には３．３乗に反比例）するので、上記のように６倍もの荷重が加わるとその寿命は１／６3＝１／２１６の寿命となる。
【０００５】
このような問題の対応策として、例えば特許文献２に記載のように、同じ仕様の二組のリニアモータを対向するように配置して、それぞれの磁気吸引力を相殺し、リニアガイドには磁気吸引力が加わらないように考慮されたものが提案されている。
【特許文献１】特開平８−３０９６２０号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−３４６８４４号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載のような従来の技術では、磁気吸引力に基づくリニアガイドの荷重負担（負荷重量）は大幅に軽減できるものの、リニアモータを対向配置するというレイアウトのために構造体が大型化し、重くなった構造体の重量がそのままリニアガイドに加わることになるので、リニアガイドの小型化や寿命延長の効果は期待したほどのものが得られない可能性がきわめて高い。
【０００７】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、リニアモータを対向配置する構造を前提としつつも、リニアガイドの負荷重量を大幅に軽減できるように考慮された送り装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、支持体に案内支持された移動体に水平方向の直線送りを与える送り装置において、上記移動体はその下面中央部から下方に向かってウェブがスカート状に延びた断面変形Ｔ字状のものとして形成されているとともに、ウェブの両側には垂直線に対して所定角度傾斜して左右対称となる一対の可動側縦壁面が形成されている一方、上記支持体は移動体側のウェブを受容する断面略凹形状のものとして形成されているとともに、それぞれの可動側縦壁面と平行でこれらに対向する固定側縦壁面が形成されていて、これらの支持体と移動体はあり溝型の案内機構を形成している。
【０００９】
その上で、上記移動体側の左右対称位置にある一対の可動側縦壁面とそれに対向する支持体側のそれぞれの固定側縦壁面との間に、磁気吸引力に基づいて上記送り方向の推力を発生するリニアモータを当該リニアモータの上下に位置する直動型ガイド部材とともに左右対称となるように個別に介装配置するとともに、上記各リニアモータが支持体に対する移動体の浮上力を発生させる移動体の浮上力発生手段としての機能を併せ持っていて、各リニアモータの磁気吸引力に基づく推力発生と並行してそのリニアモータの磁気吸引力に基づいて移動体に浮上力を発生させるようになっていることを特徴とする。
【００１０】
また、工作機械における移動体としては、スライド式のサドルやラム、テーブル、コラム、ヘッド、クイル等を想定している。
【００１１】
したがって、本発明では、二組のリニアモータを対向配置してそれぞれの磁気吸引力を相殺し、リニアガイドには磁気吸引力が加わらないようにした点では先に例示した特許文献２に記載のものと同様である。
【００１２】
その上で、本発明では、浮上力発生手段をもって移動体を支持体から浮上させることにより、移動体の重量をも相殺して、直動型ガイド部材に加わる負荷重量を実質的に零に近い状態まで小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、送り装置を形成している支持体と移動体との間に介装されることになる直動型ガイド部材の負荷重量を著しく小さくすることができるため、ガイド部材そのものの小型化とともにその長寿命化を図ることができる効果がある。特にリニアモータ駆動の送り装置でとかく問題となっていた微速移動時のスティックスリップ現象の発生がなくなり、超低速から超高速までの全域にわたって、高精度な動的位置決め精度を確保できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る送り装置のより具体的な実施の形態を示す図である。
【００１５】
この送り装置では、支持体としてのベース１と、ベース１に案内支持されて水平方向に直線的に走行移動可能な移動体としてのテーブル２と、このテーブル２上に搭載されたコラム３とを備えており、コラム３には例えば加工用の主軸４が装着される。
【００１６】
これらのベース１、テーブル２およびコラム３等は、主軸４の軸心を通る垂直線Ｌを対称中心として左右対称の形状となっていて、ベース１とテーブル３との間には直動型ガイド部材として左右各一対のリニアガイド５が介装されているとともに、テーブル２に送りを与えるための駆動源として機能することになる同期型のリニアモータ６が同じく左右対称に配置されている。なお、同期型のリニアモータ６は、モータ６自体への通電の有無や通電量（＝発生推力）に関係なく、コイルとマグネットが引き合う磁気吸引力が一定である。
【００１７】
より具体的には、テーブル２はその下面中央部からウェブ７が下方にスカート状に伸びた断面略変形Ｔ字状のものとして形成されている一方、ベース１はそのウェブ７を受容するべく断面略凹形状のものとして形成されていて、スライド案内機構としてはいわゆるあり溝型の案内機構となっている。そして、ウェブ７の両側面である可動側縦壁面７ａ，７ｂとそれに対向することになるベース１側の固定側縦壁面１ａ，１ｂのうち縦壁面７ａ，１ａ同士および７ｂ，１ｂ同士は共に平行であるものの、縦壁面７ａ，１ａ同士および７ｂ，１ｂ同士は左右対称となるように垂直線Ｌに対して所定角度αだけ傾斜させ、それら縦壁面７ａ，１ａ同士および７ｂ，１ｂ同士の間に同一仕様のリニアモータ６とリニアガイド５がそれぞれに介装配置してある。
【００１８】
ここで、左右一対のリニアモータ６はそのコイルスライダ（可動子）６ａを可動側縦壁面７ａ，７ｂ側に、永久磁石（固定子）６ｂを固定側縦壁面１ａ，１ｂにそれぞれ固定配置し、各リニアモータ６ごとにコイルスライダ６ａと永久磁石６ｂとの間に同量ずつの所定のギャップを具備させてある。そして、上記のテーブル２やコラム３およびコイルスライダ６ａ等の可動側の重量をＷ、リニアモータ６一組当たりの磁気吸引力をＣとしたとき、下記（１）式を満たすように角度αを設定する。
【００１９】
α＝ｓｉｎ-1（Ｗ／（２×Ｃ））‥‥（１）
なお、各リニアモータ６を形成しているコイルスライダ６ａと永久磁石６ｂとの相対位置関係は逆であってもよい。また、周知のように上記のギャップの大きさと磁気吸引力Ｃの大きさの間には相関があり、ギャップが小さいほどより大きな磁気吸引力が作用することになる。
【００２０】
したがって、このように構成された送り装置によれば、各リニアモータ６の通電制御を行うことにより、それぞれのリニアモータ６が発生する磁気吸引力Ｃに基づく推力によってテーブル２に所定の送りが付与され、テーブル２はベース１に案内されるかたちで直線的に走行移動することになる。
【００２１】
この場合、左右一対のリニアモータ６は共に同一仕様であるが故に、各リニアモータ６が発生する磁気吸引力Ｃは同一で作用する向きが逆であることから、双方のリニアモータ６が発生する磁気吸引力Ｃは相互に相殺されてしまい、したがってその磁気吸引力Ｃに基づく負荷重量が各リニアガイド５に加わることがなくなり、各リニアガイド５の負担が軽減される。
【００２２】
その上、各リニアモータ６を角度αだけ傾斜させて配置してあるために、それぞれのリニアモータ６が発生する磁気吸引力Ｃの分力としてテーブル２をベース１から浮上させる浮上力Ｆが発生し、しかも先に述べたように角度αの大きさはテーブル２やコラム３等の重量を考慮して設定してあることから、上記浮上力Ｆをもってテーブル２等の重量をも相殺することができる。これにより、左右一対のリニアモータ６は浮上力発生手段としての機能をも併せ持っていることになる。
【００２３】
その結果として、各リニアガイド５に加わる負荷重量を限りなく零に近いものとすることができ、先の述べたところの「リニアガイドの寿命はそれ自体が受ける荷重の３乗に反比例する」との定義にあてはめれば、各リニアガイド５の計算上の寿命を無限大にすることが可能となる。
【００２４】
実際には、加減速時の荷重変動分があるので、リニアガイド５に加わる荷重がプラス（＋）方向になったりマイナス（−）方向になったりすることがあるが、テーブル２やコラム３およびコイルスライダ６ａ等の可動側となる総重量に比べればごく微少な量であり、ほとんど問題とならない。すなわち、リニアガイド５の負荷重量は静止時においてはほぼ零に近いものとなるとともに、加減速時においても１ｋＮ以下程度の負荷重量となるだけである。
【００２５】
このようにリニアガイド５に加わる負荷重量を著しく軽減できることで、リニアガイド５のサイズを大幅に小さくすることができるほか、イニシャルコストの低減と長寿命化によるランニングコストの低減を図ることができるようになる。
【００２６】
また、リニアガイド５の転がり抵抗は、リニアガイド５が受ける荷重Ｗにリニアガイド５の摩擦係数μを乗じたものにほかならないから、リニアガイド５が受ける荷重Ｗを実質的に零とすることにより、超低フリクションのスライド案内機構を成立させることができ、リニアモータではとかく問題となりがちであった微速移動時のスティックスリップ現象を解消することができ、超低速から超高速までの全域にわたって高精度な動的位置決め精度を確保することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る送り装置の好ましい実施の形態を示す断面説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１…ベース（支持体）
１ａ，１ｂ…固定側縦壁面
２…テーブル（移動体）
５…リニアガイド（直動型ガイド部材）
６…リニアモータ（浮上力発生手段）
６ａ…コイルスライダ（可動子）
６ｂ…永久磁石（固定子）
７ａ，７ｂ…可動側縦壁面
８…磁石ユニット（浮上力発生手段）
【図１】
0004815787.tif 000002