(57)【要約】【課題】磁気吸引力によって固定体や移動体が変形を起こすことがなく、高い加工精度を確保できる精密なリニアモータ駆動直動装置を提供すること。【解決手段】固定体２２に永久磁石３０，３１を取付部材２８を介して取り付け、移動体２１には電磁コイル２６、２７を固定装着し、取付部材２８は、片持ち梁状態で固定体２２に固定してその自由端側に永久磁石３０、３１を固定する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、移動体の往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、
前記固定体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記移動体に前記電磁コイルが固定装着され、
前記取付部材は、片持ち梁状態で前記固定体に固定されてその自由端に前記永久磁石を固定されていることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。
【請求項２】
前記移動体に前記電磁コイルが２個互いに背中合わせに取り付けられ、この２個の電磁コイルの各々に対向して２個の永久磁石が設けられ、前記取付部材は、溝形端面形状をなし、底辺中央部のみを前記固定体に固定され、溝両側の側辺部の各々に前記永久磁石が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ駆動直動装置。
【請求項３】
固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、移動体の往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、
前記移動体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記固定体に前記電磁コイルが固定装着され、
前記取付部材は、片持ち梁状態で前記移動体に固定されてその自由端に前記永久磁石を固定されていることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。
【請求項４】
前記固定体に前記電磁コイルが２個互いに背中合わせに取り付けられ、この２個の電磁コイルの各々に対向して２個の永久磁石が設けられ、前記取付部材は、溝形端面形状をなし、底辺中央部のみを前記移動体に固定され、溝両側の側辺部の各々に前記永久磁石が固定されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ駆動直動装置。
【請求項５】
固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、移動体の往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、
前記リニアモータは互いに並列に２組設けられ、前記固定体と前記移動体の何れか一方に前記２組のリニアモータの各々の永久磁石が取り付けられ、他方に前記２組のリニアモータの各々の電磁コイルが取り付けられ、前記２組のリニアモータの前記永久磁石の磁極位相差が零であることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のリニアモータ駆動直動装置と請求項５に記載のリニアモータ駆動直動装置との組み合わせによるリニアモータ駆動直動装置。
【請求項７】
前記直動案内部材がＶ−Ｖ有限形ころがり案内により構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のリニアモータ駆動直動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアモータ駆動直動装置に関し、特に、超精密加工機の直動部に使用されるリニアモータ駆動直動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超精密加工機、例えば、非球面レンズ用金型の加工を行うような超精密加工機のワークテーブルやスピンドル台のような移動体の直動送りを、ボールねじによる送りに代えて、リニアモータにより直接行う研究開発が行われている。
【０００３】
工作機械のテーブル（移動体）の送り駆動をリニアモータにより直接行うことは、特開平８−１９２３２７号公報等に示されている。
【０００４】
リニアモータによる移動体の直接駆動では、送りねじによる場合のピッチ誤差、振れ誤差、ねじ部の摩耗による精度低下を生じることがなく、送りねじによる場合に比して高い送り精度が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リニアモータによる移動体の直接駆動では、リニアモータの電磁コイルと永久磁石との間に推力方向に直交する方向に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は、推力の１０倍程度となり、この磁気吸引力によって固定体、移動体に曲げモーメントが作用し、固定体、移動体に変形が生じる。この変形は、僅かであっても、非球面レンズ用金型の加工を行うような超精密加工機では、無視できず、所要の加工精度を確保できなくなる。
【０００６】
また、一つの移動体を動かすのに、２組のリニアモータを互いに並列に配置し、２組のリニアモータによって移動体を同時駆動する場合、２組のリニアモータの互いの永久磁石の磁極ピッチを半ピッチずらして１８０度の位相差を設け、各リニアモータで発生するコギング力を相殺するようにし、コギング力の低減を図ることが考えられている。この場合には、コギング力は低減するが、１８０度の位相差によって２組のリニアモータにおける磁気吸引力が相殺されず、ヨーイング方向に変動するため、磁極ピッチをもって移動体が蛇行し、移動体の直進性が損なわれる結果になる。このことによっても、非球面レンズ用金型の加工を行うような超精密加工機では、所要の加工精度を確保できなくなる。
【０００７】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、磁気吸引力によって固定体や移動体が変形を起こすことがなく、また移動体が蛇行することなく高度の直進性を得ることができ、非球面レンズ用金型の加工を行うような超精密加工機で必要とされるような高い加工精度を確保できる精密なリニアモータ駆動直動装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、前記固定体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記移動体に前記電磁コイルが固定装着され、前記取付部材は、片持ち梁状態で前記固定体に固定されてその自由端に前記永久磁石を固定されているものである。
【０００９】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、前記移動体に前記電磁コイルが２個互いに背中合わせに取り付けられ、この２個の電磁コイルの各々に対向して２個の永久磁石が設けられ、前記取付部材は、溝形端面形状をなし、底辺中央部のみを前記固定体に固定され、溝両側の側辺部の各々に前記永久磁石が固定されているものである。
【００１０】
また、上述の目的を達成するために、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、前記移動体に前記永久磁石が別部材の取付部材を介して取り付けられ、前記固定体に前記電磁コイルが固定装着され、前記取付部材は、片持ち梁状態で前記移動体に固定されてその自由端に前記永久磁石を固定されているものであることを特徴とするリニアモータ駆動直動装置。
【００１１】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、前記固定体に前記電磁コイルが２個互いに背中合わせに取り付けられ、この２個の電磁コイルの各々に対向して２個の永久磁石が設けられ、前記取付部材は、溝形端面形状をなし、底辺中央部のみを前記移動体に固定され、溝両側の側辺部の各々に前記永久磁石が固定されているものである。
【００１２】
上述の構成によれば、取付部材が片持ち梁状態で固定体あるいは移動体に取り付けられ、この取付部材の自由端側に永久磁石が取り付けられていることで、磁気吸引力が取付部材の変形により吸収され、磁気吸引力が固定体や移動体に及ぶことがなく、固定体や移動体が変形を起こすことがない。
【００１３】
また、上述の目的を達成するために、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、固定体に対して直動案内部材に案内されて往復直線移動する移動体を有し、往復直線移動方向に延在する永久磁石と電磁コイルとによるリニアモータによって前記移動体を直接駆動するリニアモータ駆動直動装置において、前記リニアモータは互いに並列に２組設けられ、前記固定体と前記移動体の何れか一方に前記２組のリニアモータの各々の永久磁石が取り付けられ、他方に前記２組のリニアモータの各々の電磁コイルが取り付けられ、前記２組のリニアモータの前記永久磁石の磁極位相差が零であることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、２組のリニアモータの前記永久磁石の磁極位相差が零であるから、２組のリニアモータにおける磁気吸引力が相殺され、周期的なヨーイング現象が生じることがなく、移動体が磁極ピッチをもって蛇行することがない。
【００１５】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、取付部材を介した永久磁石の取り付けと、２組のリニアモータの永久磁石の磁極位相差を零とすることとを組み合わせ、より一層の精度向上を図ることもできる。
【００１６】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、前記直動案内部材がＶ−Ｖ有限形ころがり案内により構成されているものである。直動案内部材がＶ−Ｖ有限形ころがり案内であることにより、静圧案内による場合よりも、高い剛性が得られ、高精度な送り分解能による精密な送りが行われ得るようなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。  図１はこの発明によるリニアモータ駆動直動装置が適用されて好適な非球面レンズ用金型加工用の超精密加工機を示している。
【００１８】
この超精密加工機は、基台１上にベッド部２を有しており、ベッド部２にＸ方向のツール側ベッド部２Ａを形成されている。ベッド部２にはＺ軸方向のワーク側ベッド部材２Ｂが取り付けられている。
【００１９】
ツール側ベッド部２Ａにはツール側スライダ３がＸ軸方向に往復直線移動に設けられている。ツール側スライダ３にはツール側コラム４が設けられており、ツール側コラム４にツール側スピンドル台５がＹ軸方向に移動可能に設けられている。ツール側スピンドル台５はスピンドル６を有している。スピンドル６には切削工具、研削工具等が取り付けられる。ツール側スピンドル台５のＹ軸方向の駆動はＹ軸サーボモータ７による送りねじ機構によって行われる。
【００２０】
ワーク側ベッド部材２Ｂにはワークテーブル８がＺ軸方向に往復直線移動に設けられている。ワークテーブル８にはワーク側回転軸台９が固定されている。ワーク側回転軸台９はチャック（図示省略）によってワークを把持するワーク側回転軸１０を有している。ワーク側回転軸１０はＣ軸サーボモータ１１により回転駆動される。
【００２１】
上述のような超精密加工機において、この発明によるリニアモータ駆動直動装置は、ツール側ベッド部２Ａ、ワーク側ベッド部材２Ｂを固定体とし、ツール側スライダ３とワークテーブル８を各々移動体として適用することができる。この発明によるリニアモータ駆動直動装置の一つの実施の形態を図２〜図４を参照して説明する。なお、これにより以降、ツール側スライダ３やワークテーブル８を総称して移動体２１と呼び、ツール側ベッド部２Ａやワーク側ベッド部材２Ｂを総称して固定体２２と呼ぶ。
【００２２】
移動体２１と固定体２２は互いに共働してＶ−Ｖ有限形ころがり案内による直動案内部２３を左右に構成しており、移動体２１は固定体２２上を直動案内部２３に案内されて往復直線移動する。
【００２３】
移動体２１の下底部中央にはコイルマウント部材２４が垂下状態で固定されている。コイルマウント部材２４の両側には冷却用ジャケット２５を介して電磁コイル２６、２７が背中合わせの状態で各々固定されている。
【００２４】
固定体２２には溝形端面形状の取付部材２８が固定されている。固定体２２に対する取付部材２８の固定は、底辺中央部２８Ａを突起部２８Ｂによって固定体２２の上面２２Ａより少し離間させた状態で、突起部２８Ｂの部分のみをボルト２９によって行われている。取付部材２８は、底辺中央部２８Ａの両側に各々片持ち梁状の側辺部２８Ｃ、２８Ｄを有しており、側辺部２８Ｃと２８Ｄとの間に、コイルマウント部材２４と共に、電磁コイル２６、２７を受け入れている。
【００２５】
取付部材２８の自由端側、すなわち、側辺部２８Ｃ、２８Ｄには、各々、移動体２１の往復直線移動方向に延在する永久磁石３０、３１が電磁コイル２６、２７の各々に対向する形態で固定されている。
【００２６】
これにより、一方の電磁コイル２６と永久磁石３０とで第１のリニアモータ３２が構成され、他方の電磁コイル２７と永久磁石３１とで第２のリニアモータ３３が構成される。第１のリニアモータ３２と第２のリニアモータ３３は互いに並列に設けられている。
【００２７】
第１のリニアモータ３２の永久磁石３０と第２のリニアモータ３３の永久磁石３１は各々所定の磁極ピッチをもってＮ極とＳ極とを移動体２１の往復直線移動方向に交互に有している。図４はこの磁極配置を模式的に示している。図４において、３４はＮ極を、３５はＳ極を各々示している。
【００２８】
第１のリニアモータ３２の永久磁石３０と第２のリニアモータ３３の永久磁石３１の磁極位相差は、図４に示されているように、永久磁石３１のＮ極３４、Ｓ極３５と永久磁石３２のＮ極３４、Ｓ極３５との相互の配置位置（磁極配列方向の位置）にずれがない、零に設定されている。
【００２９】
上述したように、取付部材２８が実質的な片持ち梁状態で固定体２２に取り付けられ、取付部材２８の自由端側である側辺部２８Ｃ、２８Ｄに永久磁石３０、３１が取り付けられているから、永久磁石３０と電磁コイル２６との間、永久磁石３１と電磁コイル２７との間に、各々磁気吸引力が作用すると、取付部材２８に曲げモーメントが作用し、側辺部２８Ｃの先端側と側辺部２８Ｄの先端側とが互いに近付く方向に変形する。
【００３０】
この変形により曲げモーメントが吸収され、磁気吸引力が固定体２２に及ぶことがなく、固定体２２が変形を起こすことがない。これにより、固定体２２の変形による精度低下が回避される。なお、曲げモーメントの一部はボルト２９による連結部によって固定体２２に伝わるが、これは極く一部で、しかも、固定体２２はベッド等で、高剛性構造体であることが多いから、固定体２２が問題になるほど変形することはない。
【００３１】
第１のリニアモータ３２の永久磁石３０と第２のリニアモータ３３の永久磁石３１との磁極位相差が零であるから、この２組のリニアモータ３２，３３における磁気吸引力が相殺され、周期的なヨーイング現象が生じることがない。これにより、移動体２１が磁極ピッチをもって蛇行することがなく、高精度の直進性が得られる。なお、磁極位相差が零であると、推力コギング力は増加するが、これは、第１のリニアモータ３２および第２のリニアモータ３３のサーボ制御系により補償することができる。
【００３２】
また、直動案内部２３がＶ−Ｖ有限形ころがり案内により構成されているから、静圧案内による場合よりも、高い剛性が得られ、高精度な送り分解能による精密な送りが行われ得るようなる。また、電磁コイル２６、２７が移動体２１側にあるコイル移動型であるから、第１のリニアモータ３２、第２のリニアモータ３３の推力は常に移動体２１の定点に作用し、移動体２１の運動精度が安定する。
【００３３】
例えば、横荷重が１５００ｋｇｆ／μｍのとき、移動体２１のヨーイングが従来に比し約１／１０に減衰し、１０ｎｍ程度の微小なうねりとなった。
これらのことにより、非球面レンズ用金型の加工に必要とされるような超精密加工が充分に行われ得るようになる。
【００３４】
図５はこの発明によるリニアモータ駆動直動装置の他の実施の形態を示している。なお、図５において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００３５】
この実施の形態と上述した実施の形態との相違点は、電磁コイル２６、２７が固定体２２側に取り付けられ、取付部材２８、永久磁石３０、３１が移動体２１側に取り付けられていることだけであり、その他の構成は同じである。
【００３６】
したがって、この実施の形態でも、取付部材２８の変形により曲げモーメントが吸収され、磁気吸引力が移動体２１に及ぶことがなく、移動体２１が変形を起こすことがない。
【００３７】
これにより、移動体２１の変形による精度低下が回避される。また。この実施の形態でも、第１のリニアモータ３２の永久磁石３０と第２のリニアモータ３３の永久磁石３１との磁極位相差を零とすることができ、移動体２１が磁極ピッチをもって蛇行することがなく、高精度の直進性が得られる。
【００３８】
この場合も、図３の構成と同程度のヨーイングの減衰が見られた。
これらのことにより、非球面レンズ用金型の加工に必要とされるような超精密加工が充分に行われ得るようになる。
【００３９】
なお、上述したこの発明によるリニアモータ駆動直動装置は、ツール側スライダ３やワークテーブル８のような水平移動の移動体の駆動以外に、ツール側スピンドル台５のような垂直方向に移動する移動体の駆動にも、バランスウエイト機構等の併用によって適用するができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるリニアモータ駆動直動装置によれば、取付部材が片持ち梁状態で固定体あるいは移動体に取り付けられ、この取付部材の自由端側に永久磁石が取り付けられているから、磁気吸引力が取付部材の変形により吸収され、磁気吸引力が固定体や移動体に及ぶことがなく、固定体や移動体が変形を起こすことがない。これにより、加工精度が向上する。
【００４１】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置によれば、２組のリニアモータの前記永久磁石の磁極位相差が零であるから、２組のリニアモータにおける磁気吸引力が相殺され、周期的なヨーイング現象が生じることがなく、移動体が磁極ピッチをもって蛇行することがない。これにより、移動体の直進性が改善され、加工精度が向上する。
【００４２】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置によれば、取付部材を介した永久磁石の取り付けと、２組のリニアモータの永久磁石の磁極位相差を零とすることとを組み合わせることにより、加工精度がより一層向上する。
【００４３】
また、この発明によるリニアモータ駆動直動装置によれば、直動案内部材がＶ−Ｖ有限形ころがり案内であることにより、静圧案内による場合よりも、高い剛性が得られ、高精度な送り分解能による精密な送りが行われ得るようなり、加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるリニアモータ駆動直動装置が適用されて好適な非球面レンズ用金型加工用の超精密加工機を示す正面図である。
【図２】この発明によるリニアモータ駆動直動装置の一つの実施の形態を示す側面図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａ断面図である。
【図４】この発明によるリニアモータ駆動直動装置のリニアモータの磁極位相を模式的に示す説明図である。
【図５】この発明によるリニアモータ駆動直動装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基台
２  ベッド部材
２Ａ  ツール側ベッド部
２Ｂ  ワーク側ベッド部材
３  ツール側スライダ
４  ツール側コラム
５  ツール側スピンドル台
８  ワークテーブル
９  ワーク側回転軸台
２１  移動体
２２  固定体
２３  直動案内部
２６、２７  電磁コイル
２８  取付部材
３０、３１  永久磁石
３２  第１のリニアモータ
３３  第２のリニアモータ
【図１】
2005033912.tif 000003
【図２】
2005033912.tif 000004
【図３】
2005033912.tif 000005
【図４】
2005033912.tif 000006
【図５】
2005033912.tif 000007