(57)【要約】【課題】  スライドキャリッジの低速移動時における被搬送体の速度リップルを可及的に小さく抑えることが可能であり、被搬送体の移動速度の一定化が厳しく要求される用途に使用することが可能なリニアモータアクチュエータを提供する。【解決手段】  スライドキャリッジは、多数の転動体を介して軌道レールに組付けられると共に該軌道レールに沿って往復動自在な単一のスライダを含み、このスライダに対して前記コイル部材及び可動ステージが積み上げられて構成され、前記スライドキャリッジを１０ｍｍ／ｓの指令速度で移動させた際に、かかる移動によって生じる前記スライドキャリッジのピッチングの角速度をωとした場合に、ω≦０．９２６（ｍｒａｄ／ｓ）の条件を満たすようにした。【選択図】          図１
2005333725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、このベースプレートに固定された一条の軌道レールと、被搬送体が固定される可動ステージを含むと共に前記軌道レールに沿って直線運動自在なスライドキャリッジと、前記軌道レールと平行に配設されると共に前記ベースプレートの立設された一対のブラケットによって両端支持された固定子としてのマグネットロッドと、前記スライドキャリッジに搭載されると共に前記マグネットロッドと対向し、かかるマクネットロッドと相まってリニアモータを構成する可動子としてのコイル部材とから構成され、更に、
前記スライドキャリッジは、多数の転動体を介して前記軌道レールに組付けられると共に該軌道レールに沿って往復動自在な単一のスライダを含み、このスライダに対して前記コイル部材及び可動ステージが積み上げられて構成されたリニアモータアクチュエータにおいて、
前記スライドキャリッジを１０ｍｍ／ｓの指令速度で移動させた際に、かかる移動によって生じる前記スライドキャリッジのピッチングの角速度をωとした場合に、
ω≦０．９２６（ｍｒａｄ／ｓ）
の条件を満たすことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記スライドキャリッジを１０ｍｍ／ｓの指令速度で移動させた際に、かかる移動によって生じる前記スライドキャリッジのピッチングの角速度をωとした場合に、
ω≦０．４２（ｍｒａｄ／ｓ）
の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド、コラム等のベースプレート上に固定された軌道レールに沿ってスライドキャリッジを往復運動させ、かかるスライドキャリッジをベースプレート上の所定の位置に繰り返し位置決めするリニアモータアクュエータに係り、詳細には、前記スライドキャリッジの移動速度の変動を防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−１３６０９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０９７３号公報
【０００３】
テーブル等の可動体に対して直線運動を与えると共に、かかる可動体を所定の位置に停止させるリニアアクチュエータは、工作機械の各種テーブル、産業用ロボットの走行部、各種搬送装置等に多用されている。従来、この種のリニアアクチュエータにおいて前記可動体に推力及びブレーキ力を与える駆動手段としては、ボールねじを用いてモータの回転を直線運動に変換するように構成したものや、一対のプーリに架け回された無端状のタイミングベルトを用いてモータの回転を直線運動に変換するように構成したものが知られているが、近年においては前記駆動手段としてリニアモータを用いたアクチュエータ、すなわちリニアモータアクチュエータが種々登場している。
【０００４】
この種のリニアモータアクチュエータは、通常、搬送対象である物品等の可動体を搭載するスライドキャリッジと、このスライドキャリッジを直線往復運動自在にする直線案内装置と、前記スライドキャリッジに対して推力を与えるリニアモータと、前記スライドキャリッジの位置を検出するリニアエンコーダとから構成されており、かかるリニアエンコーダの検出値に応じて前記リニアモータを制御することで、スライドキャリッジに任意の移動量を高精度に与えることが可能となっている（特開２００２−１３６０９７号公報等）。
【０００５】
ここで、前記直線案内装置としては、ベースプレート上に配設される軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールに組付けられたスライダとから構成されるタイプのものが知られており、前記ボールがスライダに具備された無限循環路を転走することにより、かかるスライダがストロークを制限されることなく軌道レールに沿って連続的に移動しうるようになっている。
【０００６】
また、前記リニアモータとしては、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に並ぶ固定子としての界磁マグネットをベースプレート上に配設する一方、前記直線案内装置によって支承されたスライドキャリッジの下面側に可動子としてのコイル部材を設け、これら界磁マグネットとコイル部材とをわずかな隙間を介して対向させたものが知られている。
【０００７】
一方、リニアモータの他の形式としては、所謂シャフト型のものが知られている（特開平１１−１５０９７３号公報）。このシャフト型のリニアモータは、棒状に形成されると共に軸方向に沿って所定のピッチでＮ極及びＳ極が繰り返し配列され、両端がベースプレート上に支持される固定子としてのマグネットロッドと、このマグネットロッドの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌しているコイル部材とから構成されており、コイル部材に通電することで、かかるコイル部材がマグネットロッドの周囲を軸方向に沿って運動するように構成されている。
【０００８】
このシャフト型のリニアモータでは、前記マグネットロッドの周囲をコイル部材が取り囲んでいることから強力な推力を発揮することができ、かかるリニアモータを用いてアクチュエータを構成した場合には、小型化を図りながらもスライドキャリッジに対して大きな推力を与えることが可能となる。また、スライドキャリツジの往復運動を支承する直線案内装置は、通常、ベースプレート上に配設される軌道レールと、この軌道レールに沿って運動するスライダとから構成されているが、このシャフト型リニアモータでは前記コイル部材をスライダに固定し、更にコイル部材の上に可動ステージを固定してスライドキャリッジを構成する所謂ビルトアップ構造を採用することが可能となり、特開２００２−１３６０９７号公報に開示されるリニアモータアクチュエータのように２軸の直線案内装置を使用するタイプに比べて、アクチュエータそのものを小型化し易いといった特質がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
リニアモータアクチュエータの小型化を達成し、更に、前記スライドキャリッジの往復同可能なストロークを最大限に設定するためには、スライドキャリッジの移動を支承する直線案内装置の軌道レールを一条のみにすると共に、この一条の軌道レール上を走行するスライダの個数を一つとし、この単一のスライダのみでスライドキャリッジの移動を支承するのが好ましい。このように構成すれば、限られた軌道レールの長さの中で、スライドキャリッジの移動可能な距離を最大限に引き出すことができる。また、リニアモータの発揮する限られた推力を使用して、スライドキャリッジの搭載可能重量を大きく設定し、且つ、かかるスライダを高速で移動させるためには、軌道レールに対するスライダの摺動抵抗を小さくすることが必要であり、この点からも、複数のスライダでスライドキャリッジの移動を支承するより、単一のスライダで支承した方が有利である。
【００１０】
一方、リニアモータアクチュエータの用途としては、例えばイメージスキャナにおけるミラーキャリッジの移動やイメージセンサの移動の如く、スライドキャリッジの搭載物を所定の速度で移動させる用途があるが、この種の用途ではスライドキャリッジの移動速度が一定であることが必要であり、前述のイメージスキャナのミラーキャリッジ等の光学系の移動にリニアモータアクチュエータを使用するのであれば、前記スライドキャリッジの可動ステージ上に搭載した被搬送体の移動速度の変動（以下「速度リップル」という）は、例えば速度測定のサンプリング周波数を１００Ｈｚとした場合に、コントローラを介してアクチュエータに入力した指令速度の±１％以下であることが必要とされている。
【００１１】
しかし、前述のように単一のスライダでスライドキャリッジの移動を支承してリニアモータアクチュエータを構成した場合、被搬送体の速度リップルは大きくなり易く、特にスライドキャリッジを低速度（例えば１０ｍｍ／ｓ）で移動させる場合に顕著であった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スライドキャリッジの低速移動時における被搬送体の速度リップルを可及的に小さく抑えることが可能であり、被搬送体の移動速度の一定化が厳しく要求される用途に使用することが可能なリニアモータアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記スライドキャリッジに搭載される被搬送体の速度リップルに影響を及ぼす要因としては、リニアモータの推力変動、スライドキャリッジの移動量を検出しているリニアエンコーダの分解能、軌道レール上を走行するスライダの摺動抵抗の変動等が考えられる。しかし、実際にスライドキャリッジによって搬送される被搬送体の速度リップルを計測して検討したところ、一軸の軌道レール上を２個以上のスライダが走行し、これら複数のスライダでスラドキャリッジの移動を支承している場合と、一軸の軌道レール上を１個のスライダが走行し、この単一のスライダでスラドキャリッジの移動を支承している場合とでは、明らかに後者の速度リップルの方が大きかった。この観点から検討を重ねた結果、スライドキャリッジの移動時に生じるピッチングが該スライドキャリッジに搭載する被搬送体の速度リップルを悪化させていることが判明してきた。
【００１４】
すなわち、スライドキャリッジが走行中にピッチングを生じると、このスライドキャリッジの可動ステージ上に固定された被搬送体が前後に揺れながら移動することになるので、かかる被搬送体の移動速度が一定せず、速度リップルが発生してしまうことになる。また、被搬送体の速度リップルに影響を及ぼすのは、スライドキャリッジのピッチングの大きさではなく、かかるピッチングが繰り返す速度である。つまり、スライドキャリッジに搭載された被搬送体の移動速度に対し、ピッチングの速度が十分にゆっくりであれば、被搬送体の速度リップルを十分に小さく抑えることができるのである。
【００１５】
そして、本願発明者らが検証したところによれば、リニアモータアクチュエータに指令されるスライドキャリッジの目標移動速度（以下、「指令速度」とい  う）が１０ｍｍ／ｓの場合に、かかる移動によって生じる前記スライドキャリッジのピッチングの角速度をωとしたとき、ω≦０．９２６（ｍｒａｄ／ｓ）の条件を満たせば、前記指令速度に対する速度リップルのうち、スライドキャリッジのピッチングに起因した速度リップルを指令速度の１％以下に抑えることができた。スライドキャリッジのピッチングが被搬送体の速度リップルに影響を及ぼすのは、概ね指令速度が５０ｍｍ／ｓ以下の場合であり、指令速度が１０ｍｍ／ｓの場合についてスライドキャリッジのピッチングの角速度が前記数値を満たすのであれば、かかるリニアモータアクチュエータに対する指令速度の実用域においては被搬送体の速度リップルを十分に小さく抑えることが可能となる。
【００１６】
もっとも、前述したように、スライドキャリッジに搭載される被搬送体の速度リップルに影響を及ぼす要因は該スライドキャリッジのピッチングだけではなく、リニアモータの推力変動、スライドキャリッジの移動量を検出しているリニアエンコーダの分解能、軌道レール上を走行するスライダの摺動抵抗の変動等が存在する。本願発明者らが検証したところによれば、速度リップルに影響を及ぼす要因のうち、スライドキャリッジのピッチングが速度リップルの半分程度を占めていると考えられた。従って、複数の要因を総合的に加味した上で被搬送体の移動に関する速度リップルを１％以下に抑えるためには、スライドキャリッジのピッチングに起因した速度リップルを指令速度の０．５％以下に抑えることが好ましく、そのためにはω≦０．４６３（ｍｒａｄ／ｓ）の条件を満たすことが必要であった。そして、この条件を満たせば、リニアモータアクチュエータによる被搬送体の直線往復運動に関し、速度リップルを指令速度の１％以下に抑え込むことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面に基づいて本発明のリニアモータアクチュエータを詳細に説明する。
図１及び図２は本発明のリニアモータアクチュエータの一実施例を示す側面図及び正面断面図である。このリニアモータアクチュエータ１は、長尺なベースプレート２と、このベースプレート２上にその長手方向に沿って配設された１条の軌道レール３と、この軌道レールに沿って直線往復運動自在なスライドキャリッジ１１０と、このスライドキャリッジ１１０に含まれると共に多数のボールを介して前記軌道レールに組付けられた１個のスライダ４と、このスライダ４に固定されると共に被搬送体の取付面を備えた可動ステージ５と、この可動ステージ５に対して推力を与えるリニアモータ６とから構成されており、可動ステージ５上に搭載した被搬送体をベースプレート２の長手方向に沿って往復運動させ、任意の位置に停止させることができるようになっている。
【００１８】
図３は前記リニアモータ６を示す斜視図である。このリニアモータ６は、長尺な円柱状に形成された固定子としてのマグネットロッド６ａと、このマグネットロッド６ａの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌した可動子としてのコイル部材６ｂとから構成されている。前記マグネットロッド６ａには軸方向に沿って複数の永久磁石６０が配列されており、外周面は円滑に加工されている。図４に示すように、各永久磁石６０はＮ極及びＳ極を有しており、互いに隣接する永久磁石６０はＮ極同士またはＳ極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これにより、マグネットロッド６ａにはその長手方向に沿ってＮ極の磁極とＳ極の磁極が交互に並んだ駆動用の着磁部が形成され、これが界磁マグネットとなっている。
【００１９】
図１に示すように、このマグネットロッド６ａはその両端が一対のエンドプレート２０，２１に夫々固定されており、また、一対のエンドプレート２０，２１はベースプレート２の長手方向の両端部に互いに対向するように固定されている。すなわち、前記マグネットロッド６ａはベースプレート２上に両端支持梁の如く固定されている。
【００２０】
一方、コイル部材６ｂは全体が四角柱状に形成されるハウジング６１内に円筒状の励磁コイル６２を収納して構成される。前記ハウジング６１は熱伝導性に優れたアルミニウムで形成されると共に、その表面には複数の放熱フィン６３が前記マグネットロッドの長手方向と平行に立設されており、前記励磁コイル６２に通電した際に該励磁コイル６２で発生する熱を効率よくハウジング６１に伝達すると共に、周辺雰囲気中に放熱し、励磁コイル６２そのものを効果的に冷却することができるようになっている。
【００２１】
図４及び図５はこのリニアモータ６の作動原理を示す。励磁コイル６２はＵ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とするコイル群を有している。いずれの相の励磁コイル６２もリング状であり、マグネットロッド６ａの外周面と僅かな隙間を介して対向している。また、各相の励磁コイル６２の配列ピッチは永久磁石６０の配列ピッチよりも短く設定される。マクネットロッド６ａにはＳ極の磁極からＮ極の磁極に向かって磁束６４が形成されており、コイル部材６ｂにはその磁束密度を検出する磁極センサ（図示せず）が内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号から励磁コイルに対するマグネットロッドの各磁極（Ｎ極及びＳ極）の位置関係が把握される。励磁コイルへの通電を制御しているコントローラは前記磁極センサの検出信号を受信し、励磁コイルとマグネットロッドの各磁極との位置関係に応じた最適な電流を演算し、それを各励磁コイルに通電する。その結果、各励磁コイル６２に流れる電流と永久磁石６０によって形成される磁束６４との相互作用によって、励磁コイル６２と永久磁石６０の各磁極との間に吸引力及び反発力が発生し、コイル部材６ｂがマグネットロッド６ａの軸線方向に推進されることになる。
【００２２】
図２に示されるように、前記軌道レール３及びスライダ４は前記ベースプレート２上で可動ステージ５を自在に往復運動させる直線案内装置を構成している。図６はこの直線案内装置の一例を示す斜視図である。前記軌道レール３は長手方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、ベースプレート２の全長と略同じ長さに形成されると共に、かかるベースプレート２に対しその長手方向と平行に配設されている。この軌道レール３の両側面には２条ずつ、計４条のボール転走溝３０ａ，３０ｂが長手方向に沿って形成されており、下側に位置するボール転走溝３０ａは軌道レール３の底面に対して４５度下向きに、上側に位置するボール転走溝３０ｂは４５度上向きに形成され、前記スライダ４がラジアル荷重、逆ラジアル荷重、水平方向荷重を均等に受けられるようになっている。また、軌道レール３には固定ボルトを挿通させるための取付孔３１が長手方向に沿って所定の間隔で設けられている。
【００２３】
一方、この軌道レール３に沿って移動するスライダ４は、軌道レール３の上部が僅かな隙間を介して遊嵌する案内溝を有してサドル状に形成されると共に、多数のボール４５が循環するボール無限循環路を具備しており、前記ボール４５が軌道レール３のボール転走溝３０ａ，３０ｂを転走することで軌道レール３に沿って連続的に移動することが可能となっている。また、前記ボール４５は可撓性を具備した合成樹脂性のボールケージ４６に配列されており、ボール４５はこのボールケージ４６と共にボール無限循環路の内部を循環する。これにより、ボール４５は蛇行することなく、常に整列した状態でボール無限循環路の内部を循環することになり、ボール４５が循環中に詰まってしまうトラブルを防止し、スライダ４の摺動抵抗の安定化を図ることができるようになっている。このスライダ４は軌道レール３の長手方向と垂直な方向、すなわち該スライダ４の移動方向と垂直な方向に作用する荷重を負荷しており、リニアモータ６のコイル部材６ｂに対してマグネットロッド６ａの軸方向以外の荷重が作用するのを防止している。
【００２４】
前記ベースプレート２には軌道レール３の底部を収容するための固定基準溝２２が長手方向に沿って形成されており、軌道レール３はその側面をこの固定基準溝２２の側面に突き当てた状態で、固定ボルト２１によってベースプレート２に固定されている。この固定基準溝２２は前記エンドプレート２０，２１によって両端支持されたマグネットロッド６ａの軸方向と平行に形成されており、これによって軌道レール３とマグネットロッド６ａの平行が確保されるようになっている。また、ベースプレート２の幅方向の一端には長手方向に沿って側壁２４が立設されており、この側壁２４の外側面にはリニアエンコーダを構成するマグネットスケール４０がスライダ３の移動方向の全域にわたって固定されている。
【００２５】
更に、前記スライダ４には可動ステージ５を支持するためのサドルプレート８が固定されている。このサドルプレート８は取り付けボルト８０によってスライダ４の上部取付面に固定されている。図２に示すように、サドルプレート８の幅方向の一端には前記リニアエンコーダの読み取りヘッド４１を固定するためのフランジ部８１が突設されており、このフランジ部８１はベースプレート２の側壁２４を乗り越えるようにして設けられている。リニアエンコーダの読み取りヘッド４１は前記フランジ部８１から吊り下げられるようにして固定されており、ベースプレート２の側壁２４に固定されたマグネットスケール４０と対向している。これにより、スライダ４が軌道レール３に沿って移動すると、リニアエンコーダの読み取りヘッド４１がマグネットスケール４０に沿って移動し、かかる読み取りヘッド４１の出力信号からベースプレート２に対するスライダ４の移動量を把握することができるようになっている。
【００２６】
前記リニアエンコーダとしては、このリニアモータアクチュエータの用途に応じた分解能のものを選択して用いることが可能であり、マグネットスケールにおける磁気の変化を検出するタイプのものや、スケール表面に形成されたパターンを光学的に読み取るタイプのもの等、任意に選択することが可能である。
【００２７】
図７はスライドキャリッジ１１０の構造を示す側面図である。前記サドルプレート８の移動方向の前後両端には一対のサポートプレート９ａ，９ｂが立設されており、可動ステージ５はこれら２枚のサポートプレート９ａ，９ｂに固定されている。各サポートプレート９ａ，９ｂは固定ボルト９０によってサドルプレート８及び可動ステージ５に固定されており、その中心には図２に示すように、前記マグネットロッド６ａが貫通する開放孔９１が形成されている。そして、サドルプレート８と可動ステージ５の間にはサポートプレート９ａ，９ｂによって前後から挟まれた空間が存在するが、この空間が前記リニアモータ６のコイル部材６ｂの収容空間９２となっている。
【００２８】
尚、前記サドルプレート８はスライダ４と一体に形成することも可能であり、サポートプレート８をスライダ４の前後に直接立設することができるのであれば、敢えて設けるには及ばない。
【００２９】
前記コイル部材６ｂはサドルルプレート８及びサポートプレート９ａ，９ｂには直接固定されず、可動ステージ５を貫通する吊り下げボルト５０によって該可動ステージ５の下面に固定され、その状態で前記マグネットロッド６ａに遊嵌している。また、コイル部材６ｂへの通電によって発生した熱が可動ステージ５に対して流入するのを防止するため、可動ステージ５とコイル部材６ｂとの間には断熱部材５２が介装され、更に吊り下げボルト５０と可動ステージ５の間にも断熱部材５３が介装されている。
【００３０】
このようにコイル部材６ｂは可動ステージ５から吊り下げられた状態で前記収容空間９２に位置しており、サドルプレート８とサポートプレート９ａ，９ｂに対しては非接触の状態が保たれている。すなわち、コイル部材６ｂとサドルプレート８、コイル部材６ｂとサポートプレート９ａ，９ｂとの間には空間が形成され、コイル部材６ｂへの通電によって発生した熱がスライダ４へ直接的に流入するのを防止している。
【００３１】
スライドキャリッジ１１０は前記スライダ４、可動ステージ５及びコイル部材６ｂの結合体として構成されているが、図２の正面断面図に示すように、このスライドキャリッジ１１０の移動経路の両側には一対のサイドカバー２５ａ，２５ｂが設けられる一方、可動ステージ５の上方にもトップカバー２６が設けられ、軌道レール３やマクネットロッド６ａに塵芥が付着するのを防止している。これらサイドカバー２５ａ，２５ｂ及びトップカバー２６はベースプレート２の両端に立設された一対のエンドプレート２０，２１に固定されている。
【００３２】
一方、図示外のコントロールボックスから前記コイル部材６ｂの励磁コイル６２へ給電を行うと共に、前記リニアエンコーダの読取ヘッド４１の出力信号をコントロールボックスに送信するため、前記スライドキャリッジには信号中継基板１０１が取り付けられ、フラットケーブル１００によって前記コントロールボックスと接続されている。前記サドルプレート８のフランジ部８１の上面には基板ブラケット８２が固定されており、前記信号中継基板１０１はこの基板ブラケット８２の取付ウェブ８３上に固定されている。前記フラットケーブル１００は励磁コイル６２に対して通電するための信号ラインと読取ヘッド４１の出力信号を送信するための信号ラインを配列したものであり、前記信号中継基板１０１とコイル部材６ｂの入力ポート、読取ヘッド４１の出力ポートとの間は更に別の信号ケーブルで接続されている。
【００３３】
図８は前記フラットケーブル１００の一例を示す断面図である。このフラットケーブル１００には複数の信号ライン１０３が含まれると共に、前記読取ヘッド４１に電力を供給するための２本の電源ライン１０４，１０４が含まれている。各電源ライン１０４はフラットケーブル１００の幅方向の両端に位置しており、前記信号ライン１０３は一対の電源ライン１０４，１０４によって両側から挟まれるようにして配列されている。前記信号ライン１０３はスライドキャリッジ１１０の位置情報をコントロールボックスに伝達していることから、電気的ノイズが外部から信号ラインに侵入すると、前記コントロールボックスが適切な制御信号をコイル部材６ｂに対して供給することができず、スライドキャリッジ１１０の誤動作の原因となってしまう。このため、前記フラットケーブル１００は導電性の金属箔やメッシュからなるシールド１０５によって周囲を被覆されている。また、読取ヘッド４１の電源ライン１０４から生じたノイズが信号ライン１０３に侵入するのを防止するため、各電源ライン１０４と信号ライン１０３との間には接地されたアースライン１０６が設けられており、一群の信号ライン１０３は一対のアースライン１０６によって両側から挟み込まれている。そして、これらのアースライン１０６は前述したシールド１０５と電気的に導通されている。これにより、外部からの電気的ノイズに対する信号ライン１０３の遮蔽効果が高まり、かかるノイズに対する耐性が高まることで、スライドキャリッジ１１０の誤動作を防止することが可能となっている。
【００３４】
図２に示すように、前記サイドカバー２５ｂとベースプレート２の側壁２４との間がフラットケーブル１００の収容空間１０２となっており、ベースプレート２の側壁の下端にはフラットケーブル１００を載置するためのケーブルブラケット２７が該ベースプレート２の長手方向に沿って取り付けられている。図１に示すように、フラットケーブル１００はエンドプレート２１の下端とケーブルブラケット２７との隙間から前記収容空間１０２内に挿入されており、かかる収容空間１０２の内部でゆるやかに屈曲して方向転換した後に、前記信号中継基板１０１に取り付けられている。
【００３５】
図１に示すように、エンドプレート２１には略Ｌ字型のケーブル押え１０７が固定されており、このケーブル押え１０７がケーブルブラケット２７に対して前記フラットケーブル１００を押え付けている。これにより、ケーブルブラケット２７に対してフラットケーブル１００を固定し、前記収容空間１０２内におけるフラットケーブル１００の長さをスライドキャリッジ１１０のストローク量に対応して決定することができるようになっている。
【００３６】
もっとも、フラットケーブル１００を前記ケーブル押え１０７でケーブルブラケット２７に押さえつけて固定しただけでは、例えばこれを誤って強く引っ張ってしまうと、かかるフラットケーブル１００がケーブルブラケット２７に対してずれてしまい、スライドキャリッジ１１０の追随に必要な長さが足りなくなり、フラットケーブル１００が損傷、あるいは切断してしまう事態が懸念される。
【００３７】
図９はケーブル押えの他の例を示すものである。このケーブル押え１０８は固定ボルト１０９によってエンドプレート２１に締結され、かかるエンドプレート２１との間にループ状に摘んだフラットケーブル１００の一部を挟み込むようになっている。このケーブル押え１０８にはエントプレート２１との対向面に凹所１１１が設けられており、ループ状に摘まれたフラットケーブル１００の頭部がこの凹所１１１に収容され、かかる頭部を潰すことなくフラットケーブル１００をエンドプレート２１との間に挟み込むことができる。このように、図９に示すケーブル押え１０８はループ状に摘んだフラットケーブル１００の一部をエンドプレート２１との間に挟み込んでいるので、例えばフラットケーブル１００の交換やコントロールボックスへの接続の際に、かかるフラットケーブル１００を誤って強く引っ張ってしまったとしても、フラットケーブル１００がケーブルブラケット２７に対してずれることがなく、フラットケーブル１００の損傷、切断といったトラブルが発生するのを未然に防止することができる。
【００３８】
一方、フラットケーブル１００はエンドプレート２１側からケーブルブラケット２７の上に敷かれており、その長さはベースプレート２の全長よりも僅かに長く設定されている。従って、スライドキャリッジ１１０がエンドプレート２０側の最大ストローク位置に到達した際にも、フラットケーブル１００の先端はエンドプレート２０の近傍で湾曲して折り返され、前記信号中継基板１０１に結合されている。また、スライドキャリッジ１１０をエンドプレート２１側のストローク端であるホームポジション（図１に示す位置）に移動させると、フラットケーブル１００は湾曲したループ部１００ａを形成して折り返され、信号中継基板１０１とループ部１００ａとの間に浮遊スパン１００ｂを形成する。
【００３９】
図１０Ａに示すように、前記浮遊スパン１００ｂの長さはスライドキャリッジ１１０がホームポジションに設定された際に最大となり、自重によって下方へ大きく撓むようになる。このように、フラットケーブルがあまりに大きく下方へ撓むと、図１０Ｂに示すように、ホームポジションからスライドキャリッジが移動する際に、フラットケーブルのループ部１００ａが潰れてしまい、かかるフラットケーブルが前記信号中継基板１０１の下側に巻き込まれてしまう懸念がある。このため、図１に示すように、信号中継基板１０１を支持している基板ブラケット８２の取付ウェブ８３からは、ケーブル支持板８４がフラットケーブル１００の延伸方向に向けて突出しており、フラットケーブル１００の浮遊スパン１００ｂが信号中継基板１０１との連結部において大きく下方へ撓むのを防止している。
【００４０】
また、フラットケーブル１００の屈曲に対する弾性力を調整し、スライドキャリッジ１１０がホームポジションに設定された状態で、フラットケーブル１００の浮遊スパン１００ｂが前記信号中継基板１０１よりも上方側へ膨出し、下方へ撓んで落ち込むことが内容に設定した。これにより、スライドキャリッジ１１０がホームポジションから高速で移動しても、かかるフラットケーブル１００が前記信号中継基板１０１の下側に巻き込まれてしまうトラブルを回避することができる。
【００４１】
以上のように構成されたこのリニアモータアクチュエータでは、フラットケーブル１００を介して前記コイル部材６ｂの励磁コイル６２に対して通電することにより、かかる励磁コイル６２とマグネットロッド６ａの各磁極６０との間に吸引力及び反発力が発生し、前記コイル部材６ｂが搭載されたスライドキャリッジ１１０がマグネットロッド６ａの軸方向へ推進される。また、コイル部材６ｂの励磁コイル６２に対する通電はリニアエンコーダの検出信号に応じて制御され、それによってスライドキャリッジ１１０に搭載された可動ステージ５を指令速度で移動させると共にベースフレート２上の所定の位置で停止させることができるようになっている。
【００４２】
前記可動ステージ５上に搭載される被搬送体を指令速度で移動させる際、その速度変動、すなわち速度リップルとしては、指令速度の１％以下が一つの目安となっており、特定用途向けのリニアモータアクチュエータには速度リップル１％以下の性能が強く要求されている。本願発明者らは速度リップルの低減化を図るに当たり、スライドキャリッジ１１０が移動する際に発生するピッチング、すなわちスライドキャリッジ１１０がその移動方向に発生する揺動運動が前記速度リップルに与える影響について検討した。スライドキャリッジ１１０にピッチングが発生すると、可動ステージ５に搭載された被搬送体がスライドキャリッジ１１０の移動速度とは無関係に移動方向の前後に揺れることになり、この揺れの速度が移動速度と加減されて速度リップルを生み出していると考えられるからである。
【００４３】
先ず、指令速度に対する速度リップルが総てスライドキャリッジ１１０のピッチングに起因していると仮定し、そのときのピッチングの角速度を計算により求める。図１１はスライドキャリッジ１１０のピッチングと速度リップルとの関係を解析するための模式図である。スライドキャリッジ１１０を指令速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）で移動させた場合に、かかるスライドキャリッジ１１０に生じるピッチングの角度をθ（ｒａｄ）とすると、可動ステージ５上に据えつけられた被搬送体の特定の計測高さＬ1 （ｍｍ）における被搬送体の揺れ幅はＬ1 ｓｉｎθ（ｍ  ｍ）で表すことができる。ピッチングの角速度をωとすると、θ＝ωＴ（Ｔ：角度θの変化のサンプリング周期）であるから、前記揺れ幅はＬ1 ｓｉｎωＴ（ｍｍ）と書き換えることができる。尚、計測高さＬ1 の基準はスライドキャリッジ１１０におけるピッチングの揺動中心であり、この場合は軌道レール３に形成された上下のボール転走溝３０ａ，３０ｂの中間位置である。
【００４４】
一方、速度リップルが指令速度Ｖの１．００％存在すると仮定すると、サンプリング周期である時間Ｔが経過した際の速度リップルによる被搬送体の移動量は、Ｖ×（１．００／１００）×Ｔと書き表すことができる。速度リップルの総てがスライドキャリッジ１１０のピッチングに起因していると仮定するのであれば、ピッチングによる被搬送体の揺れ幅と速度リップルによる被搬送体の移動量は等しくなるはずであるら、以下の式が成立する。
Ｌ1 ｓｉｎωＴ＝Ｖ×（１．００／１００）×Ｔ        …（１）
【００４５】
そして、この式から、速度リップル１％のときのスライドキャリッジ１１０の角速度は、
ω＝（１／Ｔ）ｓｉｎ-1｛Ｖ／Ｌ1 ×（１．００／１００）×Ｔ｝  …（２）
と書き表すことができる。この角速度ω（ｒａｄ）は、測定高さＬ1 における速度リップルが指令速度Ｖの１％となるときのピッチングの角速度である。この角速度ωが大きくなると、速度リップルも大きくなることから、速度リップルが指令速度の１％になるときの最大角速度を与えていることになる。
【００４６】
ここで、指令速度Ｖ＝１０（ｍｍ／ｓ）、測定高さＬ1 ＝１０８（ｍｍ）、角度θのサンプリング周期を１００Ｈｚ、すなわちＴ＝０．０１（ｓ）とすると、ω＝０．９２６（ｍｒａｄ／ｓ）となり、スライドキャリッジ１１０のピッチングの角速度ωがこれ以下（ω≦０．９２６）であれば、速度リップルが指令速度の１％以下に収まることになる。
【００４７】
もっとも、被搬送体の速度リップルの発生原因はスライドキャリッジ１１０のピッチングだけではなく、直線案内装置の摺動抵抗の変動やリニアエンコーダの検出精度等によっても発生することから、スライドキャリッジのピッチングに起因する速度リップルが指令速度の１％も存在すると、結果的に被搬送体の速度リップルは指令速度の１％を超えてしまうことになる。この速度リップルのうち、直線案内装置に起因するものは０．８％程度であり、更に、本願発明者らが直線案内装置の製作実績を踏まえて検証したところによれば、直線案内装置の摺動抵抗の変動による速度リップルは最大でも指令速度の０．３５％程度であった。
【００４８】
従って、リニアモータアクチュエータ全体として、搭載した被搬送体の速度リップルを１％以下に抑えるのであれば、スライドキャリッジ１１０のピッチングに起因する速度リップルは指令速度の０．４５％以下に抑えるのが好ましい。前述と同様に指令速度Ｖ＝１０（ｍｍ／ｓ）、測定高さＬ1 ＝１０８（ｍｍ）、Ｔ＝０．０１（ｓ）として、スライドキャリッジ１１０のピッチングに起因した速度リップルが指令速度Ｖの０．４５％となるときの角速度ωを求めると、ω＝０．４２％となり、スライドキャリッジ１１０のピッチングの角速度ωがこれ以下  （ω≦０．４２）であれば、ピッチングに起因した速度リップルが指令速度の０．４５％以下に収まることになる。
【００４９】
スライドキャリッジ１１０のピッチングの角速度を小さくする手法としては、直線案内装置のスライダ４の有効ボール数、すなわちスライダ４と軌道レール３との間で荷重を負荷しているボール数を増やすことが考えられ、直接的には軌道レール３のボール転走溝３０ａ，３０ｂと対向してスライダ４に形成されるボール４５の負荷転走溝の長さを長く設定してやれば良い。
【００５０】
もっとも、有効ボール数の増加はスライダ４の移動方向長さの増加に直結していることから、アクチュエータの全長を変更することなくスライダ４の有効ボール数を増やそうとすると、スライドキャリッジ１１０のストローク長が短くなってしまうといった不具合がある。従って、スライドキャリッジ１１０のピッチングの角速度を所定の範囲内に抑えるために必要なスライダ４の負荷転走溝の最小長さを求め、この最小長さを満たす範囲でスライダ４の大きさを決定することが必要とされる。
【００５１】
図１２はスライダ４の負荷転走溝を転走するボール４５と該スライダ４に生じるピッチングとの関係を表したものである。スライダ４の負荷転走溝の全長をＬSPとすると、ちょうどその半分の位置がピッチングの揺動中心になっていると考えられる。そして、ピッチングによってボールを転走方向と直交する方向へ動かす力Ｐ（Ｎ）が作用し、それによって負荷転走溝の端部がδ（ｍｍ）だけ変位し、そのときにピッチングの最大振幅が発生していると考えられる。
【００５２】
ここで、ピッチングの角度θ、負荷転走溝の端部の変位量δ、ボールに作用する力Ｐの間には以下の式が成立する。尚、Ｄはボール直径、ｆd はスライダの摺動抵抗変動値、ｋはモーメント等価指数である。
θ＝ｔａｎ-1（δ／Ｌsp）      …（３）
ω＝θ／Ｔ                    …（４）
δ＝４．２３７×１０-4×（Ｐ2 ／Ｄ）1/3 ×ｓｉｎ４５°／４  …（５）
Ｐ＝ｆd ×Ｌ2 ×ｋ            …（６）
【００５３】
これらの式からピッチングの角速度とスライダ４の負荷転走溝の全長との関係は、図１３のグラフに示すような反比例の関係となり、ピッチングの角速度を所定の値以下に抑えるために必要な負荷転走溝の長さＬspの最小値を求めることができる。
【００５４】
従って、以上の関係式から負荷転走溝の全長、すなわちスライダ４の全長を決定すれば、スライドキャリッジ１１０のピッチングの各角速度を前述した値以下に抑え、スライドキャリッジ１１０の速度リップルを１％以内に低減化することが可能である。
【００５５】
もっとも、スライダ４の負荷転走溝の両端には、応力集中を緩和する目的でクラウニング加工がなされており、クラウニング加工が施された領域に関しては、前記計算が成立しない。従って、クラウニング加工がなされているのであれば、負荷転走溝の全長を示すＬspはクラウニング加工領域を除いた負荷転走溝の長さである。クラウニング加工がなされていると、有効な負荷転走溝の全長が短くなるので、ピッチングの角速度の低減には逆効果であるが、リニアモータアクチュエータでは、リニアモータの発揮し得る最大推力との関係から、スライドキャリッジ１１０の最大搭載質量が小さく、最大搭載質量が小さいのであれば、負荷転走溝の両端部に施すクラウニング加工の深さが微小なものであっても、かかる負荷転走溝の両端に対する応力集中を避けることができる。このことから、リニアモータアクチュエータにおいてはスライダ４のクラウニング加工は殆ど不要であり、その分だけスライダ４の全長を短くしても負荷転走溝の全長Ｌspを有利に設定することができ、スライドキャリッジ１１０のピッチングの角速度の低減化を図りながらもスライダ４そのものを小型かすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のリニアモータアクチュエータの実施例の概略を示す側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例に係るリニアモータを示す斜視図である。
【図４】実施例に係るリニアモータの動作原理を示す側面図である。
【図５】実施例に係るリニアモータの動作原理を示す正面図である。
【図６】実施例に係る直線案内装置を示す斜視図である。
【図７】実施例に係るリニアモータアクチュエータのスライドキャリッジの構成を示す側面拡大図である。
【図８】実施例に係るフラットケーブルの構造を示す断面図である。
【図９】実施例に係るケーブル押えの他の例を示す側面図である。
【図１０】フラットケーブルがスライドキャリッジの移動に伴って信号中継基板の下側に巻き込まれるトラブルを説明する図である。
【図１１】スライドキャリッジののピッチングと速度リップルとの関係を解析するための模式図である。
【図１２】直線案内装置のスライダの負荷転走溝を転走するボールと該スライダのピッチングとの関係を示す模式図である。
【図１３】スライダの負荷転走溝の有効長さＬspとピッチングの角速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１…リニアモータアクチュエータ、２…ベースプレート、３…軌道レール、４…スライダ、５…案内テーブル、６…リニアモータ、６ａ…マグネットロッド、６ｂ…コイル部材、１００…フラットケーブル、１１０…スライドキャリッジ
【図１】
2005333725.tif 000003
【図２】
2005333725.tif 000004
【図３】
2005333725.tif 000005
【図４】
2005333725.tif 000006
【図５】
2005333725.tif 000007
【図６】
2005333725.tif 000008
【図７】
2005333725.tif 000009
【図８】
2005333725.tif 000010
【図９】
2005333725.tif 000011
【図１０】
2005333725.tif 000012
【図１１】
2005333725.tif 000013
【図１２】
2005333725.tif 000014
【図１３】
2005333725.tif 000015