(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ベース上に平行に対向配置されると共に、可動子を構成する界磁と固定子を構成する電機子より成るリニアモータと、前記リニアモータの可動子を案内支持するガイドレールとガイドブロックからなるリニアガイドと、前記可動子と前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、前記移動体を前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させたムービングマグネット形リニアスライダにおいて、
前記リニアモータの界磁は、前記ガイドブロック上に設けられると共に、略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックで構成され、
前記リニアモータの電機子は、前記固定ベースの一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと、前記電機子ホルダと直交するように設けられると共に、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイルとより構成され、
前記検出手段は、前記磁性体ヨークの開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケールと、前記電機子ホルダを配設した固定ベースと反対側の側面上に前記リニアスケールに対向するように取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴とするムービングマグネット形リニアスライダ。
【請求項２】
前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、
前記電機子に磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
【請求項３】
前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより短くし、該ストローク方向の長さの差ＬａーＬｍｇをリニアスライダの有効ストロークとしたことを特徴とする請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
【請求項４】
前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、電機子のモータリード側と反対側端に別部品になる磁極検出器を配置固定して、前記マグネットトラックがストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにしたことを特徴する請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
【請求項５】
前記マグネットトラックの底部に、前記固定ベースと対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けたことを特徴とする請求項１〜４までの何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアスライダ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアスライダを直動機構の駆動源として用いたことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータに関し、特に永久磁石よりなる界磁を可動子とし、電機子コイルを有した電機子を固定子として構成するム−ビングマグネット形（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔ）リニアスライダおよびそれを用いた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータは、図３に示すようになっている。なお、図６は従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図６において、２１は固定ベース、２２はマグネットトラック、２３は界磁永久磁石、２４は界磁ヨーク、２５はガイドレール、２６はガイドブロック、２７はセンサヘッド、２８はリニアスケール部、２９はストッパ、３０は電機子、３１は電機子コイル、３２は結線基板である。
リニアスライダは、界磁永久磁石２３の背面に界磁ヨーク２４を設けて、界磁ヨーク２４が可動子と磁気回路を兼用している。また、電機子３０は、結線基板３２上に固着されたスロットレスの電機子コイル３１を複数備えた構造を有すると共に、ソリッドの磁性部材でできた固定ベース２１上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて、固定子を構成している。なお、結線基板３２には界磁永久磁石２３に対向するように磁極検出を行うための複数の図示しないホール素子を埋め込みようになっている。該ホール素子（不図示）は、電源をＯＮさせた初期の時点で何れかの、ホール素子から対向する界磁磁石の位置を検出して、検出された界磁磁石２３の位置に合わせて駆動電流を電機子コイル３１に流すための検出信号を出力する（例えば、特許文献１参照）。
この電機子３０の両側には、平行するガイドレール２５が固定ベース２１上に固定され、ガイドレール２５上には、該レール上を摺動するガイドブロック２６が界磁ヨーク２４の両端の下部に固定されている。さらに、可動子の側面には、リニア形のエンコーダを構成する磁気式のリニアスケール２８が配設され、このリニアスケール２８に対向するように固定ベース２１に該リニアスケール２８を検出するセンサヘッド２７が配設されている。それから、２本のガイドレール２５の端部の間には可動子のオーバランを防止するためのストッパ２９が設けられている。
このリニアスライダは界磁永久磁石２３の磁束が、固定ベース２１に鎖交する磁気回路構造になっており、また、電機子コイル３１を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている（例えば、特許文献１および２を参照）。
【特許文献１】特開平９−２６６６５９号公報（明細書第５頁、図３）
【特許文献２】特開２００２−１０６１７（明細書第７頁〜９頁、図１および図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のリニアスライダは、先ずリニアモータを構成する電機子と界磁永久磁石が各々の片面側で対向する構造になっているため、この２者間には磁気吸引力が働くことになる。従ってリニアモータを支持するガイドレールおよびガイドブロックはねじりモーメントを軽減するために２列で支持する構造となっている。しかしながら、この構造では、磁気吸引力によりリニアガイドに与圧がかかり、ガイド摩擦を増大させることとなった。また２列のガイドレールの平行度の誤差により、ストローク方向に部分的な摩擦の変化が発生し、推力が一定がとならないため、微小な推力制御ができないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、リニアモータによる磁気吸引力を無くし、リニアガイドに与圧をかけないようにすると共にリニアガイドをリニアモータ推力中心軸近傍に１本配置し、リニアガイド摩擦を最小化することができる低粘性摩擦ムービングマグネット形リニアスライダ装置およびそれを用いた工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１のムービングマグネット形リニアスライダに係る発明は、固定ベース上に平行に対向配置されると共に、可動子を構成する界磁と固定子を構成する電機子より成るリニアモータと、前記リニアモータの可動子を案内支持するガイドレールとガイドブロックからなるリニアガイドと、前記可動子と前記固定ベースの相対位置を検出するための検出手段と、を備え、前記移動体を前記固定ベースに対して前記ガイドレール上の長手方向に沿って往復動させたムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記リニアモータの界磁は、前記ガイドブロック上に設けられると共に、略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する前記磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石とよりなるマグネットトラックで構成され、前記リニアモータの電機子は、前記固定ベースの一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダと、前記電機子ホルダと直交するように設けられると共に、前記一対の界磁用永久磁石の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイルとより構成され、前記検出手段は、前記磁性体ヨークの開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケールと、前記電機子ホルダを配設した固定ベースと反対側の側面上に前記リニアスケールに対向するように取付けたセンサヘッドより構成されていることを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、前記電機子に磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたことを特徴としている。
また、請求項３の発明は、請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより短くし、該ストローク方向の長さの差ＬａーＬｍｇをリニアスライダの有効ストロークとしたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックのストローク方向の長さＬｍｇを、前記電機子のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、前記電機子のモータリード側と反対側の端部に該電機子と別体になるように磁極検出器を配置固定し、前記マグネットトラックがストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにしたことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４までの何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアスライダにおいて、前記マグネットトラックの底部に、前記固定ベースと対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けたことを特徴としている。
【０００５】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアスライダを直動機構の駆動源として用いた工作機械としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、リニアモータによる磁気吸引力を無くし、リニアガイドに与圧をかけないようにすると共にリニアガイドの配置がリニアモータ推力中心軸近傍の１箇所ですみ、リニアガイド摩擦を最小することができる。その結果、リニアスライダの微小推力制御を向上することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、コアレス電機子長よりマグネットトラックを短くすることで固定ベース全長範囲内で駆動ストロークを確保することができ、リニアスライダサイズをコンパクトにできる。
請求項２、４に記載の発明によると、請求項３の構成とは逆にコアレス電機子長よりマグネットトラックを長くすることで、可動子がストローク長を移動した場合であっても、磁極検出器により常時初期磁極検出が可能になることから、請求項３で必要であった、ソフトウェアによる磁極検出が電源投入に不要とすることができる。
請求項５に記載の発明によると、マグネットトラックの底部に可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばねを設けることで、コンパクトで且つ緻密な微小推力力制御を可能にできる。
【０００７】
請求項６に記載の発明によると、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアスライダの効果を有する工作機械を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の第１実施例〜第３実施例に共通なム−ビングマグネット形リニアスライダの正断面図、図２は本発明の第１実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するものである。
本発明の特徴は以下のとおりである。
図において、１は固定ベース、１Ａは固定ベース１に設けた雌ねじ部，２はマグネットトラック、３は界磁永久磁石、４は磁性体ヨーク、４Ａは磁性体ヨーク４に設けた雌ねじ部、５はリニアガイドのガイドレール、６はガイドブロック、７はセンサヘッド、８はリニアスケール、９はボルト、１０は電機子、１１は電機子コイル、１２は電機子ホルダ、１２Ａは電機子ホルダ１２に設けた貫通孔、１３はストッパ、１４は押し当て部、１５はセンサホルダ、１６はモータリード、１７は磁極検出器リード、１８はリニアスケールリード、１９は重力補償用ばねである。
本発明が従来技術と異なる点は、ムービングマグネット形リニアスライダは、リニアモータの界磁は、ガイドブロック６上に設けられると共に、略Ｕ字状の断面形状を有し、かつ、その開口部が水平方向を向くように配設してなる磁性体ヨーク４と、磁性体ヨークの内側対向面の長手方向に沿って極性が交互に異なる磁極が並設され、且つ、互いに対向する磁極の極性が反対の極性となるように設けた一対の界磁用永久磁石３とよりなるマグネットトラック２で構成され、リニアモータの電機子は、固定ベース１の一方の側面上に鉛直方向に取付けた電機子ホルダ１２と、電機子ホルダ１２と直交するように設けられると共に、一対の界磁用永久磁石３の内側に磁気的空隙を介して対向配置させた平板状のコアレス形の電機子コイル１１とより構成されており、吸引力相殺形構造となっている点である、
また、検出手段は、磁性体ヨーク４の開口部と反対側の底部の下面に設けてなるリニアスケール８と、電機子ホルダ１２を配設した固定ベース１と反対側の側面上にリニアスケール８に対向するように取付けたセンサヘッド７より構成されたものとなっている。
また、マグネットトラック２のストローク方向の長さＬｍｇを、電機子１０のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、電機子１０に図示しない磁極検出器を内蔵し、該磁極検出器（不図示）によりリニアスライダの初期磁極を検出するようにしたものとなっている。
また、マグネットトラック２の底部に、固定ベース１と対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばね１９を設けたものとなっている。
【００１０】
次に、動作について説明する。
図１、２に示すように、リニアモータの電機子に図示しない外部電源から通電すると、テーブルを固定ベースに対してガイドレール上の長手方向に沿って往復動するが、その際、移動体であるマグネットトラック２側に設けたリニアスケール８に対して固定ベース１側に設けたセンサヘッド７により、移動体と固定ベースの相対位置を検出する。
ここで、図３は本実施例によるムービングマグネット形リニアスライダの動作を示す推力特性図である。図３に示すように、（ａ）の本発明は（ｂ）の従来技術に対して、電流に対する推力特性にヒステリシス性が無くなっており、リニアスライダの微小推力制御を可能にすることができる。
【００１１】
したがって、本実施例は上記構成のごとく、リニアモータの界磁と電機子の配置を吸引力相殺構造としたので、リニアモータによる磁気吸引力を無くし、リニアガイドに与圧をかけないようにすると共にリニアガイドの配置がリニアモータ推力中心軸近傍の１箇所ですみ、リニアガイド摩擦を最小することができる。その結果、リニアスライダの微小推力制御を向上することができる。
また、本実施例のリニアスライダは、コアレス電機子長よりマグネットトラックの長さを長くし、電機子に磁極検出器を内蔵した構成にしたので、その長さの差がリニアスライダの有効ストロークとする構造となると共に、電機子に内蔵した磁極検出器により容易に初期磁極検出を行うことができる。
また、マグネットトラック２の底部に、固定ベース１と対向するように可動子の重量とバランスさせるための重力補償用ばね１９を設けたので、コンパクトで且つ緻密な微小推力力制御を可能にしている。
【実施例２】
【００１２】
図４は本発明の第２実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するものである。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、マグネットトラック２のストローク方向の長さＬｍｇを、電機子１０のストローク方向の長さＬａより短くし、該ストローク方向の長さの差ＬａーＬｍｇをリニアスライダの有効ストロークとすると共に、リニアスライダの初期磁極検出をソフトウェアにより検出するようにした点である。なお、リニアスライダの初期磁極検出は、電源投入時にソフトウェアによる磁極サーチを行う必要がある。
【００１３】
したがって、本実施例は、コアレス電機子長よりマグネットトラックを短くすることで、その長さの差がリニアスライダの有効ストロークとする構造となることから、固定ベース全長範囲ないで駆動ストロークを確保することができ、リニアスライダサイズを小形化することができる。
【実施例３】
【００１４】
図５は本発明の第３実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するものである。
第３実施例が第１実施例と異なる点は、マグネットトラック２のストローク方向の長さＬｍｇを、電機子１０のストローク方向の長さＬａより長くし、該ストローク方向の長さの差ＬｍｇーＬａをリニアスライダの有効ストロークとするものであり、電機子１０のモータリード側と反対側の端部に該電機子１０と別体になるように磁極検出器（磁極検出器ヘッド２０）を配置固定し、マグネットトラック２がストローク端に移動した場合であっても常時磁極検出ができるようにした点である。
【００１５】
したがって、第３実施例のリニアスライダは上記構成にしたので、コアレス電機子長よりマグネットトラックの長さを長くし、電機子の端部の位置に電機子とは別体に磁極検出器を設ける構成にしたので、磁極検出器により可動子がストローク長を移動した場合であっても、常時初期磁極検出が可能になることから、第２実施例で必要であった、ソフトウェアによる磁極検出が電源投入に不要とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
リニアガイド摩擦を小さく、且つストローク領域で一定にすることによって微小推力制御が可能となるので、先端部の緻密な制御が必要なガラスカッティングマシン等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例〜第３実施例に共通なム−ビングマグネット形リニアスライダの正断面図
【図２】本発明の第１実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するもの
【図３】本実施例によるムービングマグネット形リニアスライダの動作を示す推力特性図
【図４】本発明の第２実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するもの
【図５】本発明の第３実施例を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）は図１の矢視Ａ方向から透視した平面図、（ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から透視した側面図に相当するもの
【図６】従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアスライダであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当するもの
【符号の説明】
【００１８】
１  固定ベース
１Ａ  雌ねじ部
２  マグネットトラック
３  界磁永久磁石
４  磁性体ヨーク
４Ａ  雌ねじ部
５  リニアガイドのレール
６  ガイドブロック
７  センサヘッド
８  リニアスケール
９  ボルト
１０  電機子
１１  電機子コイル
１２  電機子ホルダ
１２Ａ  貫通孔
１３  ストッパ
１４  押し当て部
１５  センサホルダ
１６  モータリード
１７  磁極検出器リード
１８  リニアスケールリード
１９  重力補償用ばね
２０  磁極検出ヘッド
２１  固定ベース
２２  マグネットトラック
２３  界磁永久磁石
２４  界磁ヨーク
２５  ガイドレール
２６  ガイドブロック
２７  センサヘッド
２８  リニアスケール部
２９  ストッパ
３０  電機子
３１  電機子コイル
３２  結線基板
【図１】
0004702629.tif 000002
【図２】
0004702629.tif 000003
【図３】
0004702629.tif 000004
【図４】
0004702629.tif 000005
【図５】
0004702629.tif 000006
【図６】
0004702629.tif 000007