(57)【要約】【課題】クリーンかつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置を提供する。【解決手段】回転軸１の両端に設けた軸受の一方は、回転軸１の外周面に雄ねじ状の送りねじ部を形成した送りねじ軸受面３１と、フレーム４の内部に嵌合されると共に、送りねじ軸受面３１に対向配置し、内周面に形成した雌ねじ状の溝部と該溝部に連通してエアを供給するための給気孔を設けた中空円筒状の空気軸受部３２とよりなる第１静圧空気軸受３で構成し、軸受の他方は、回転軸１の外周面に形成したジャーナル軸受面７１と、フレーム４の内部に嵌合されると共に、ジャーナル軸受面７１に対向配置し、内周面に連通してエアを供給するための給気孔を有する中空円筒状の空気軸受部７２とよりなる第２静圧空気軸受７で構成し、モータ固定子５を励磁することにより回転軸１を直線駆動させる。【選択図】    図１
2005325914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状のフレームと、
前記フレームに固定され、かつ、回転磁界を発生させる電機子巻線を有するモータ固定子と、
前記モータ固定子と空隙を介して対向すると共に、回転軸の外周に永久磁石よりなる磁極を備えたモータ回転子と、
前記回転軸の外周にスケール部を設けたエンコーダの回転部と、
前記エンコーダの回転部に対向して検出ヘットを設けたエンコーダの固定部と、
前記回転軸の両端部の位置に設けられると共に該回転軸をラジアル方向に軸支持する軸受と、を備え、
前記回転軸を駆動する駆動装置において、
前記回転軸の両端に設けた軸受の一方は、前記回転軸の外周面に雄ねじ状の送りねじ部を形成した送りねじ軸受面と、前記フレームの内部に嵌合されると共に、前記送りねじ軸受面に対向配置し、かつ、内周面に形成した雌ねじ状の溝部と該溝部に連通してエアを供給するための給気孔を設けた中空円筒状の空気軸受部とよりなる第１静圧空気軸受で構成してあり、
前記回転軸の両端に設けた軸受の他方は、前記回転軸の外周面に形成したジャーナル軸受面と、前記フレームの内部に嵌合されると共に、前記ジャーナル軸受面に対向配置し、かつ、内周面に連通してエアを供給するための給気孔を有する中空円筒状の空気軸受部とよりなる第２静圧空気軸受で構成してあり、前記第１および第２静圧空気軸受の軸受面にエアを供給した状態で前記回転軸を浮上させ、前記モータ固定子を励磁することにより、前記回転軸を回転させながら直線方向に移動させるようにしたことを特徴とするエア浮上直線駆動装置。
【請求項２】
前記モータ回転子は、少なくとも前記モータ固定子の軸方向の長さに前記回転軸の軸方向ストロークの長さを加えた長さを有することを特徴とする請求項１記載のエア浮上直線駆動装置。
【請求項３】
前記エンコーダのスケール部は、少なくとも前記エンコーダの検出ヘットの長さに前記回転軸の軸方向ストロークの長さを加えた長さを有することを特徴とする請求項１記載のエア浮上直線駆動装置。
【請求項４】
前記回転軸の両端を軸支持する軸受は、何れも前記第１静圧空気軸受で構成したことを特徴とする請求項１に記載のエア浮上直線駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータによる直線駆動装置に関し、特にエア浮上直線駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直線駆動装置は、送りねじと軸受の摺動面が機械的に接触した状態で回転軸を駆動していた（例えば、特許文献１参照）。
図４は、従来の直線駆動装置の構成を示す説明図である。
図４において、１０１は回転軸、１０３は送りねじ、１０４はフレーム、１１１はサーボモータ、１１２は軸受である。
図４を用いて、従来技術の直線駆動装置の動作を説明する。
サーボモータ１１１がフレーム１０４に取り付けられている。回転軸１０１は、送りねじ１０３がサーボモータ１１１に連結され、軸受１１２を介して取り付けられている。
回転軸１０１は、サーボモータ１１１の回転運動を、送りねじ１０３と軸受１１２の摺動面が機械的に接触しながら直動運動に変換され、駆動されていた。
【特許文献１】特許第２８６１０９６号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術の直線駆動装置の摺動面は機械的な接触部分があるため、パーティクルの発生や潤滑油の漏れがあり、クリーンルームでの使用が制限されるという問題があった。
また、機械的な誤差のため、速度ムラが大きくなるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、機械的な接触部分のない摺動面を構成することにより、クリーンかつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置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、請求項１に記載の発明は、中空円筒状のフレームと、前記フレームに固定され、かつ、回転磁界を発生させる電機子巻線を有するモータ固定子と、前記モータ固定子と空隙を介して対向すると共に、回転軸の外周に永久磁石よりなる磁極を備えたモータ回転子と、前記回転軸の外周にスケール部を設けたエンコーダの回転部と、前記エンコーダの回転部に対向して検出ヘットを設けたエンコーダの固定部と、  前記回転軸の両端部の位置に設けられると共に該回転軸をラジアル方向に軸支持する軸受と、を備え、前記回転軸を駆動する駆動装置において、前記回転軸の両端に設けた軸受の一方は、前記回転軸の外周面に雄ねじ状の送りねじ部を形成した送りねじ軸受面と、前記フレームの内部に嵌合されると共に、前記送りねじ軸受面に対向配置し、かつ、内周面に形成した雌ねじ状の溝部と該溝部に連通してエアを供給するための給気孔を設けた中空円筒状の空気軸受部とよりなる第１静圧空気軸受で構成してあり、前記回転軸の両端に設けた軸受の他方は、前記回転軸の外周面に形成したジャーナル軸受面と、前記フレームの内部に嵌合されると共に、前記ジャーナル軸受面に対向配置し、かつ、内周面に連通してエアを供給するための給気孔を有する中空円筒状の空気軸受部とよりなる第２静圧空気軸受で構成してあり、前記第１および第２静圧空気軸受の軸受面にエアを供給した状態で前記回転軸を浮上させ、前記モータ固定子を励磁することにより、前記回転軸を回転させながら直線方向に移動させるようにしたことを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のエア浮上直線駆動装置において、前記モータ回転子は、少なくとも前記モータ固定子の軸方向の長さに前記回転軸の軸方向ストロークの長さを加えた長さを有することを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のエア浮上直線駆動装置において、前記エンコーダのスケール部は、少なくとも前記エンコーダの検出ヘットの長さに前記回転軸の軸方向ストロークの長さを加えた長さを有することを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載のエア浮上直線駆動装置において、  前記回転軸の両端を軸支持する軸受は、何れも前記第１静圧空気軸受で構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によれば、送りねじ軸受面と空気軸受部で構成してなる第１静圧空気軸受と、ジャーナル軸受面と空気軸受部で構成してなる第２静圧空気軸受により回転軸を非接触で支持すると共に、回転軸の回転運動を直線運動に変えて移動させることを可能としているので、クリーンかつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置を構成することができる。
請求項２に記載の発明によれば、回転軸が移動しても、回転軸を回転駆動することを可能とするので、クリーンかつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置を構成することができる。
請求項３に記載の発明によれば、回転軸が移動しても、回転軸の回転位置を検出することを可能とするので、クリーンかつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置を構成することができる。
請求項４に記載の発明によれば、回転軸の両端を軸支持する軸受は、何れも送りねじ軸受面と空気軸受部で構成してなる第１静圧空気軸受により回転軸を非接触で支持すると共に、回転軸の回転運動を直線運動に変えて移動させることを可能としているので、クリーン、かつ速度ムラが小さいエア浮上直線駆動装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のエア浮上直線駆動装置の構成を示す斜視図である。
図１において、１は回転軸、２は回転軸１の外周に貼り付けられたモータ回転子、３は送りねじ軸受面と空気軸受部からなる第１静圧空気軸受、３１は回転軸１の外周面に雄ねじ状の送りねじ部を形成する第１静圧空気軸受３の送りねじ軸受面、３２はフレーム４の内周に取り付けられた第１静圧空気軸受３の空気軸受部、４は中空円筒状のフレーム、５はフレーム４の内周に取り付けられ、回転磁界を発生させる電機子巻線を有するモータ固定子、６は検出ヘットとスケールからなるエンコーダ、６１はフレーム４の内周に取り付けられたエンコーダ６の検出ヘット、６２は回転軸１の外周に貼り付けられたエンコーダ６のスケール、７はジャーナル軸受面と空気軸受部からなる第２静圧空気軸受、７１は第２静圧空気軸受７のジャーナル軸受面、７２は第２静圧空気軸受７の空気軸受部、８、８１、８２はエア取込み口、９はエアチューブ、Ｌ１はモータ固定子の長さ、Ｌ２はモータ回転子の長さ、Ｌ３は検出ヘットの長さ、Ｌ４はスケール長さである。
尚、内部の構成が判るように、フレーム４は手前半分を断面で示している。
図２は、本発明のエア浮上直線駆動装置の第１静圧空気軸受３の構成を示す断面図である。
図２において、３２１は溝部、３２２は流路、３２３は給気孔である。尚、図１と同じ説明符号の構成要素は同じ構成要素を示している。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、回転軸１の両端に設けた軸受の一方は、回転軸１の外周面に雄ねじ状の送りねじ部を形成した送りねじ軸受面３１と、フレーム４の内部に嵌合されると共に、送りねじ軸受面３１に対向配置し、かつ、内周面に形成した雌ねじ状の溝部３２１と溝部３２１に連通してエアを供給するための給気孔３２３を設けた中空円筒状の空気軸受部３２とよりなる第１静圧空気軸受３で構成してあり、回転軸１の両端に設けた軸受の他方は、回転軸１の外周面に形成したジャーナル軸受面７１と、フレーム４の内部に嵌合されると共に、ジャーナル軸受面７１に対向配置し、かつ、内周面に連通してエアを供給するための給気孔を有する中空円筒状の空気軸受部７２とよりなる第２静圧空気軸受７で構成してあり、前記第１および第２静圧空気軸受の軸受面３１、７１にエアを供給した状態で回転軸１を浮上させ、モータ固定子５を励磁することにより、回転軸１を回転させながら直線方向に移動させるようにした点である。
具体的には、図４の従来技術における送りねじ１０３と軸受１１２が機械的接触により回転軸１０１を駆動させるのに対し、本発明は、空気軸受部３２と送りねじ軸受面３１により、摺動部なしに回転軸１を直線駆動させる構成となっている。
図３は、本発明のエア浮上直線駆動装置の動作を示す説明図であり、（イ）は回転軸１の位置が最下位にある状態、（ロ）は回転軸１の位置が最下位および最上位以外の中間位にある状態、（ハ）は回転軸１の位置が最上位にある状態を示している。
図３において、Ｌ５は回転軸１の移動範囲すなわちストロークであり、前述の図１、２と同じ説明符号の構成要素は同じ構成要素を示している。
以下、図３を用いて、本発明のエア浮上直線駆動装置の動作について説明する。
まず、回転軸１が最下位にある状態図３（イ）で、モータ回転子２とモータ固定子５より図３（イ）に示す矢印方向に回転軸１を回転駆動する。回転軸１が回転することで、空気軸受部３２と送りねじ軸受面３１により、回転軸１は図３における垂直伸長方向へ移動する。回転軸１の回転がさらに続くこと、中間位図３（ロ）、最上位図３（ハ）と順に回転軸１は伸長する。回転軸１を収縮させる場合は、回転軸１を図の矢印とは逆に回転駆動する。回転軸１の位置が中間位図３（ロ）であれば、回転軸１は伸長および収縮のどちらの方向にも移動可能である。
回転軸１の制御は、エンコーダ６から出力される回転軸１の回転方向に対する位置信号を、回転軸１の位置へ変換した位置情報のフィードバックにより行われる。このとき、回転軸１が移動しても、その移動範囲Ｌ５よりもモータ回転子２の長さＬ２が充分長いため、モータ固定子５がモータ回転子２から外れることなく、常に回転軸１を回転駆動することができる。また、エンコーダ６の位置信号も、エンコーダスケール６２の長さＬ４が回転軸１の移動範囲Ｌ５よりも充分長いため、検出ヘット６１がエンコーダスケール６２から外れることなく、常に回転軸１の位置信号を得ることができる。ここで、このエンコーダ６は、回転方向に対する位置信号を検出するもので、検出ヘット６１が移動しても位置信号が変化しないように作られているものとする。
回転軸１は、ラジアル方向は、送りねじ軸受面３１と空気軸受部３２からなる第１静圧空気軸受３と、ジャーナル軸受面７１と空気軸受部７２からなる第２静圧空気軸受７により保持され、スラスト方向は第１静圧空気軸受３により保持されている。さらに、回転軸１は、送りねじ軸受面３１と空気軸受部３２間のエアおよびジャーナル軸受面７１と空気軸受部７２間のエアにより浮上している。
このエアは、エアチューブ９の接続されたエア取込口８１、８２から供給される。エア取込口８１から供給されたエアは流路３２２をとおり、給気孔３２３により圧力が高められた後、送りねじ軸受面３１と溝部３２１間に噴出される。給気孔３２３には、オリフィスねじなどが使用される。
尚、第２静圧軸受７の替わりに第１静圧軸受３を用いた構成、すなわち、回転軸１の両端を軸支持する軸受は、何れも第１静圧空気軸受３で構成しても良い。
【０００８】
以上述べたように、本実施例に係るエア浮上直線駆動装置は、静圧空気軸受３、７により回転軸１を非接触で支持し、モータ回転子２とモータ固定子５により回転軸１を回転駆動し、第１静圧空気軸受３により回転軸１の回転運動を直線運動に変える構成としているので、スラスト方向およびラジアル方向とも高剛性を得ることができ、速度ムラを小さくすることが可能である。
また、このように、回転軸１が駆動された場合でも、摺動する個所が非接触であるため、パーティクルの発生がなくクリーンである。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明は、ロボットや工作機などの直線駆動装置に適用可能である。特に、パーティクルの発生が問題となる用途や、高剛性が要求される用途あるいは速度ムラが問題となる用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のエア浮上直線駆動装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明のエア浮上直線駆動装置の第１静圧空気軸受３の構成を示す断面図
【図３】本発明のエア浮上直線駆動装置の動作を示す説明図            （イ）回転軸１の位置が最下位にある状態                                        （ロ）回転軸１の位置が最下位および最上位以外の中間位にある状態            （ハ）回転軸１の位置が最上位にある状態
【図４】従来の直線駆動装置の構成を示す説明図
【符号の説明】
【００１１】
１  回転軸
２  モータ回転子
３  第１静圧空気軸受
３１  送りねじ軸受面
３２  空気軸受部
３２１  溝部
３２２  流路
３２３  給気孔
４  フレーム
５  モータ固定子
６  エンコーダ
６１  検出ヘット
６２  スケール
７  第２静圧空気軸受
７１  ジャーナル軸受面
７２  空気軸受部
８、８１、８２  エア取込口
９    エアチューブ
１０１  回転軸
１０３  送りねじ
１０４  フレーム
１１１  サーボモータ
１１２  軸受
Ｌ１  モータ固定子の長さ
Ｌ２  モータ回転子の長さ
Ｌ３  検出ヘットの長さ
Ｌ４  スケール長さ
Ｌ５  ストローク
【図１】
2005325914.tif 000003
【図２】
2005325914.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005325914.tif 000006