(57)【要約】【課題】リニアモータのコイル発熱時に、移動プレート自体の温度を調整することにより、ベースプレートと移動プレートを均熱化し、もって案内機構の長寿命化を図り、さらに電磁コイルも効率的に冷却し得るリニアモータアクチュエータを提供する。【解決手段】案内機構２０を介してベースプレート１０に移動プレート３０が移動在に組み付けられ、ベースプレート１０にはリニアモータを構成する固定子４１が、移動プレート３０には電磁コイル４６を備えた可動子４５が取り付けられたリニアモータアクチュエータにおいて、移動プレート３０の可動子４５とは反対側のプレート面に、移動プレート３０の温度を調整するためのペルチェ素子５０を備えた温度調整モジュール６０を設けた。【選択図】図１
2012044776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置される一対の案内機構を介してベースプレートに移動プレートが相対移動自在に組み付けられ、前記移動プレートと対向する前記ベースプレートにはリニアモータを構成する固定子が設けられ、前記ベースプレートと対向する前記移動プレートの面にはリニアモータを構成するコイルを備えた可動子が取り付けられたリニアモータアクチュエータにおいて、
前記移動プレートあるいはベースプレートに、移動プレートの温度を調整するための温度調整手段を設けたことを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項２】
前記温度調整手段は前記移動プレートを挟んで可動子と反対面に設けられる熱電変換素子を有する請求項１又は２に記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項３】
前記移動プレートの温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段からの測定温度と雰囲気温度あるいはベースプレートの温度からなる基準温度とを比較して移動プレートの温度が基準温度となるように熱電変換素子への通電を制御する制御手段とを備えている請求項１に記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの項に記載のリニアモータアクチュエータを用いたテーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータを駆動源とするリニアモータアクチュエータ及びテーブル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のリニアモータアクチュエータとしては、たとえば、特許文献１の図1に
示すようなものが知られている。
すなわち、互いに平行に配置される一対の案内機構を介してベースプレートに移動プレートが相対移動自在に組み付けられ、前記移動プレートと対向する前記ベースプレートにはリニアモータを構成する固定子が設けられ、前記ベースプレートと対向する前記移動プレートにはリニアモータのコイルを備えた可動子が取り付けられている。
【０００３】
案内機構は、ベースプレートに平行に配置される２本の軌道レールと、各軌道レールに沿って移動する移動ブロックとを備え、移動プレートは各軌道レールの移動ブロックに掛け渡された状態で取り付け固定され、リニアモータから駆動力を得て移動プレートは、移動ブロックを介して軌道レールに沿って駆動される。軌道レールには、長手方向に沿って複数の転動体転走面が形成され、移動ブロックには転動体転走面に対応する負荷転動体転走路を含む無限循環路が形成されている。移動ブロックが軌道レールに沿って移動すると、無限循環路に配列・収容された複数の転動体が前記負荷転動体転走路で荷重を受けながら転走循環するようになっている。
【０００４】
上記構成のリニアモータアクチュエータにおいて、移動ブロックにわたって取り付け固定された移動プレートには、リニアモータの電磁コイルを含む可動子が取り付けられているから、条件によっては電磁コイルに駆動電流を通電することにより、電磁コイルから発せられる熱が移動プレートに伝わり、移動プレートが加熱されて熱膨張を起こすことがある。そのため、案内機構に熱歪みがかかり、案内機構の動きが不安定になるのが課題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８８９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、コイル発熱時に、移動プレート自体の温度を調整することにより、ベースプレートと移動プレートを均熱化し、もって案内機構の動きの安定化を図る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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、互いに平行に配置される一対の案内機構を介してベースプレートに移動プレートが相対移動自在に組み付けられ、前記移動プレートと対向する前記ベースプレートにはリニアモータを構成する固定子が設けられ、前記ベースプレートと対向する前記移動プレートにはリニアモータを構成するコイルを備えた可動子が取り付けられたリニアモータアクチュエータにおいて、
前記移動プレートあるいはベースプレートに、移動プレートの温度を調整するための温度調整手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、案内機構の熱歪みの発生を防止することができ、案内機構の動きの安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るリニアモータアクチュエータを示すもので、（Ａ）は概略縦断面図、（Ｂ）はベルチェ素子の他の取付け例を示す部分断面図、（Ｃ）は概略斜視図である。
【図２】図２は温度調整モジュールを示すもので、（Ａ）は部分分解図、（Ｂ）は概略構成図である。
【図３】図３は図１の装置のペルチェ素子の制御ブロック図である。
【図４】図４（Ａ）は制御手順を示すフローチャート、同図（Ｂ）、（Ｃ）は制御される温度変化を示すグラフである。
【図５】図５は図１のリニアガイドを示すもので、（Ａ）は一部破断斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図、（Ｃ）はボールの無限循環路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るリニアモータアクチュエータを示している。
［全体構成］
すなわち、このリニアモータアクチュエータ１は、互いに軸方向に平行に配置される一対のリニアガイド２０，２０を介してベースプレート１０に移動プレート３０が相対的に往復移動自在に組み付けられ、移動プレート３０と対向するベースプレート１０面にはリニアモータ４０を構成する固定子４１が取り付けられ、ベースプレート１０と対向する移動プレート３０にはリニアモータ４０を構成する電磁コイル４６を備えた可動子４５が取り付けられている。
【００１１】
そして、移動プレート３０を挟んで可動子４５とは反対側のプレート面である移動プレート上面３１に、移動プレート３０の温度を調整するための熱電変換素子としてのペルチェ素子５０を備えた温度調整モジュール６０が設けられている。
【００１２】
［ベースプレート１０の構成］
ベースプレート１０は、板状の長尺部材からなり、長尺な固定子４１が取り付けられる平坦な固定子取付け座部１１と、その固定子取付け座部１１の軸方向と平行に離れたレール台座部１２，１２と、を備えている。このレール台座部１２，１２に案内機構２０を構成する軌道レール２１がボルトによって固定されている。レール台座部１２、１２は固定子取付け座部１１よりも板厚が大きくなっている。
また、ベースプレート１０の長手方向両端部には、端板１５，１５が取り付けられ、端板１５，１５の上端間には、不図示のカバーが取り付けられるようになっている。
【００１３】
［移動プレート３０の構成］
移動プレート３０は略四角形状の板状部材からなり、移動プレート上面３１には、ベースプレート１０の軸方向と垂直方向の端辺に沿って、互いに平行に延びる取付台３２，３２が形成されており、取付台３２，３２の間の平坦部にペルチェ素子５０が取り付けられる。
取付台３２，３２は、テーブル等の被移動部材が取り付けられる台座として機能している。取付台３２，３２に不図示のテーブルが取り付けられ、テーブル装置が構成される。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、ベースプレート１０を蔽うカバー１６は、移動プレート３０の平坦部に設けられ、カバー１６とプレート上面３１の間の空間に、
温度調整モジュール６０に干渉しないように取り付けられる。もちろん、このカバー１６が無い構成でもよい。
このプレート上面３１のペルチェ素子５０が取り付けられる部分には、図１(Ｂ)に示すように、ペルチェ素子５０が嵌り込む凹部３６を設け、ペルチェ素子を凹部３６に取り付けるようにしてもよい。
一方、移動プレート３０の可動子４５側の面であるプレート下面には、可動子４５が取り付けられる可動子取付け座部３４と、その可動子取付け座部３４を隔ててベースプレート１０軸方向と垂直方向に、案内機構２０の移動ブロック２３が固定されるブロック固定座部３５，３５が形成されている。
【００１４】
［案内機構２０の構成］
図５は案内機構２０の詳細構成を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は移動ブロックの断面図である。
断面略矩形状のレール２１にはその長手方向に沿って転動体転走面としてのボール転走溝２１ａが左右側面に２条ずつ、計４条形成され、移動ブロック２３にはボール転走溝２１ａに対向する負荷ボール転走溝２５ａが形成されている。この案内機構２０はラジアル方向の荷重、水平方向の荷重は勿論、各方向のモーメントなど、あらゆる方向の荷重を負荷できるように構成されている。
【００１５】
移動ブロック２３は、レール２１を跨ぐように取り付けられ、負荷ボール転走溝２５ａ及びこれに平行な無負荷ボール戻し路２４が形成された移動ブロック本体２５と、移動ブロック本体２５の移動方向の両端に結合されてボール転走溝２５ａ及びボール戻し路を連絡する方向転換路２７を有するエンドプレート２６とから構成されている。移動ブロック２３の上面は移動プレート３０が搭載され取り付けられるようになっている。
また、移動ブロック本体には、インサート成形又は樹脂組み込み等により無負荷ボール戻し路及び内周案内部が形成される。この内周案内部には方向転換路２７の内周側が形成される。方向転換路２７の外周側はエンドプレートに形成される。
【００１６】
負荷転動体転走路は、上記移動ブロック２３に形成された負荷ボール転走溝２５ａと、レール２１に形成された各ボール転走溝２１ａとで構成されており、この負荷転動体転走路には複数のボール２２、即ち転動体が挟み込まれている。そして、これらボール２２は移動ブロック２３の移動に伴い、上記エンドプレート２６に形成された一方の方向転換路２７とボール戻し路２４と、他方の方向転換路２７、負荷転動体転走路を順に転走し、、無限循環する。
案内機構２０には、予圧が付与されている。すなわち、負荷域のボール転走溝２１ａとボール転走溝２５ａ間の路径に対して僅かに大きな径のボール２２を挿入し、ボール２２及びボール転走溝２１ａ，２５ａに弾性変形を生じさせている。
この例では、４条列のボールが、軌道レール２１の左右側面を挟むように配置される左右一対のボール列と、軌道レール２１の上面に配置される左右一対のボール列とを備えた構成となっているが、左右２列のボール列が共に起動レールの左右側面を挟むように配置される構成であってもよく、軌道レール及び移動ブロックの断面形状、無限循環路の条数及び形態は任意であり、適宜変更され得る。いずれにしても、移動プレート３０が上下左右にガタつかないように、ボール等の転動体を介して高剛性に支持する構成となっている。転動体としては、ボールに限定されず、ローラ等各種転動が適用可能である。
【００１７】
［リニアモータの構成］
次に、図１を参照して、リニアモータ４０の構成についてより詳細に説明する。
リニアモータ４０の固定子４１は、特に図示しないが、固定磁極としてＮ極とＳ極が往復移動方向に交互に複数形成された永久磁石からなるマグネット板４２と、マグネット４２を支持してベースプレート１０に固定するためマグネット支持板４３とを備え、ベース
プレート１０のほぼ全長にわたって延びている。
一方、リニアモータ４０の可動子４５は、往復移動方向に配置される複数のコア４７と、各コア４７に巻回されるコイル４６とを有する構成で、各コア４７が磁路を構成するヨーク４８によって連結されておいる。コア４７の下端面は同一高さ位置にあり、固定子４１の固定磁極の磁極面と微小隙間を介して対向している。
【００１８】
この固定子４１と可動子４５間の微小隙間は、移動プレート３０を支持する案内機構２０，２０によって一定に保持されている。
可動子４５の各電磁コイル４６には、たとえば三相交流が移送をずらして順次通電され、往復移動方向に沿って移動する移動磁界を形成するようになっている。
なお、図１(Ｃ)中、ベースプレート１０の側面にリニアスケール８０が取り付けられており、移動プレート３０に取り付けられた読取ヘッド８１によって移動プレート３０の位置を検出可能となっている。
図示したリニアモータ４０の構成は一例であって、種類としては、リニア誘導モータ、リニア同期モータ、リニアパルスモータ、リニア直流モータ等、種々のリニアモータが適用可能である。
【００１９】
［温度調整モジュール６０の構成］
温度調整モジュール６０は、図２に拡大して示すように、熱電変換素子としてのペルチェ素子５０と、ペルチェ素子５０に取り付けられる放熱板としてのヒートシンク７０とを備えた構成となっている。
ペルチェ素子５０は、図２(Ｂ)に模式的に示すように、多数のＰ型半導体５１ＰとＮ型半導体５１Ｎを隣合うように交互に配置し、Ｐ型半導体５１ＰとＮ型半導体５１Ｎを電極板５２、５３によって交互に接合し、両サイドを一対のセラミック等の伝熱板５４，５５でサンドイッチ状に挟んだ構成となっている。
【００２０】
そして、Ｐ型半導体５１ＰからＮ型半導体５１Ｎに向けて流れる場合は、発熱し、Ｎ型半導体５１ＮからＰ型半導体５１Ｐに向けて流れる場合は、吸熱する構成となっている。吸熱と発熱の方向は、印加電圧の向きによって切り替わる。
図２(Ｂ)では、印加電圧が、移動プレート３０に接触する伝熱板５４が吸熱側となるように制御され、移動プレート３０から熱を吸熱して移動プレート３０を冷却するようになっている。そして、吸収した熱と、ペルチェ素子５１自体で発熱した熱は、放熱側の伝熱板５５に接着されたヒートシンク７０を通じて空気中に放熱される。
【００２１】
ヒートシンク７０は、放熱フィン７１を多数備えた構成で、各放熱フィン７１は移動プレート３０の移動方向と平行に配置され、放熱フィン７１の間の空間を空気が流れて熱伝達が促進される構成となっている。
ヒートシンク７０の放熱フィン７１の構成は、任意であり種々の形状を採用することができる。
図１(Ｂ)に示すように、移動プレート３０のプレート上面にペルチェ素子５０が嵌り込む凹部３６を設ければ、その分、放熱フィン７１の長さを長くでき、放熱効率を高めることができる。
【００２２】
［制御構成］
図３には、ペルチェ素子５０の制御ブロック図を示している。
すなわち、移動プレート３０の温度を測定する温度測定手段としての温度センサ１１０と、この温度センサ１１０からの測定温度θｔと基準温度θ０とをコンパレータ１２１で比較して移動プレート３０の温度が基準温度θ０となるようにペルチェ素子５０への通電を制御する制御装置１２０とを備えている。この実施例では、基準温度θ０として雰囲気温度を温度センサ１３０によって測定するようになっている。もっとも、基準温度θ０に
ついては、予め設定された温度であってもよい。
【００２３】
制御装置１２０は、温度センサ１１０によって検出された移動プレート３０の測定温度θｔと、基準温度θ０を比較するコンパレータ１２１と、コンパレータ１２１からの比較信号を演算処理するＣＰＵ１２２と、ＣＰＵ１２２からの信号に基づいてペルチェ素子５０を制御する制御部１２３と、を備えている。
制御方法としては、ペルチェ素子５０への電力の供給をオンオフ制御する方法と、ペルチェ素子５０に印加する電圧あるいはペルチェ素子５０に流す電流を制御する方法がある。
また、移動プレートだけでなく、ベースプレート１０側にも温度測定手段としての温度センサ１４０を設け、ベースプレート１０の測定温度θｔ′を加味して制御条件を補正するようにしてもよい。たとえば、ベースプレート１０の温度が高い場合には、ベースプレート１０側も熱膨張しているので、移動プレート１０の温度を高めるように設定すればよい。
【００２４】
図４(Ａ)には、ペルチェ素子５０の制御フローチャートを示している。
すなわち、リニアモータ４０の駆動が開始されると、制御プログラムがスタートし、温度センサ１１０からの検出温度θｔと基準温度θ０とを比較し、基準温度θ０より移動プレート３０の測定温度の方が高いかどうかを判定する。制御構成に対応させると、コンパレータ１２１からの出力信号をＣＰＵ１２２で読み込み、ＣＰＵ１２２によって信号を演算処理する。
そして、移動プレート３０の温度の方が高い場合には（ＹＥＳ）、ペルチェ素子５０に通電し、移動プレート３０の温度の方が低い場合には（ＮＯ）、ペルチェ素子５０へ通電しない。すなわち、ＣＰＵ１２２から指令信号を駆動部１２３に出力し、指令信号に基づいてペルチェ素子５０を駆動制御する。
このペルチェ素子５０の制御方式としては、オン・オフ制御をする方式と、電圧、電流を制御する方式がある。
【００２５】
まず、基本的なオン・オフ制御する場合について説明する。
図４(Ｂ)に示すように、リニアモータ４０の駆動を開始すると、可動子４５の電磁コイル４６が発熱し、移動プレート３０の温度が上昇していく。この移動プレート３０の検出温度θｔが基準温度θ０以上になると、ペルチェ素子７１への通電を開始する。
ペルチェ素子５０への通電を開始すると、ペルチェ素子５０の移動プレート３０に密接する伝熱板５３側の温度が低くなり、伝熱板５３を通じて移動プレート３０の熱が吸熱され、ペルチェ素子５０自体での発熱量を含めて他方の伝熱板５４からヒートシンク７０を通じて空気中に放熱される。
そして、移動プレート３０の温度θｔが基準温度θ０まで低下すると、ペルチェ素子５０への通電を停止する。
【００２６】
ペルチェ素子５０への通電を停止しても、しばらくは温度の低下が続き、ある温度まで低下すると温度が上昇に転じ、移動テーブル３０の温度が再び基準温度θ０より高くなると、再びペルチェ素子５０への通電を開始する。
このように制御することにより、移動プレート３０の温度θｔは基準温度θ０を中心にして所定の温度範囲に保持されることになる。
したがって、移動プレート３０とベースプレート２０が均熱化され、案内機構２０，２０の熱歪みの発生を防止することができ、案内機構２０，２０の長寿命化を図ることができる。
また、移動プレート３０を介して電磁コイル４６が冷却されるので、大電流によってリニアモータを効率よく駆動することができる。
【００２７】
一方、電圧あるいは電流を制御する場合には、ペルチェ素子５０へ供給する電力をオン・オフではなく、吸熱と発熱のバランスをとるように、たとえば、基準温度θ０以上になると、所定の印加電圧を印加し、温度が低下して基準温度に達すると、電源をオフにするのではなく、印加電圧あるいは電流を小さくして温度の低下を小さくし、温度が上昇を開始して所定温度を越えると、印加電圧あるいは電流を小さくする。このようにすれば、図４(Ｃ)に模式的に示すように、移動プレート３０の温度をより高精細に制御することができる。
上記説明では、温度を測定して温度を測定するように構成したが、電磁コイルに通電した電力量と移動プレートの温度データを予め記憶しておき、印加電圧、電流、通電時間等のデータから、ペルチェ素子５０の駆動を制御するようにしてもよい。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、温度調整モジュール６０を移動プレート３０に設け、移動プレート３０を冷却することにより、移動プレート３０とベースプレート１０間を均熱化させる例について説明したが、温度調整モジュール６０をベースプレート１０側にも設け、ベースプレート１０についても温度調整するようにしてもよい。ベースプレート１０側も冷却してもよいし、場合によっては加熱するようにしても同様の効果が得られる。
さらに、上記実施の形態では、基本的に電磁コイルで発生した熱を吸熱するようにペルチェ素子５０を駆動制御しているが、移動プレート３０とベースプレート１０の均熱化をすればよく、ペルチェ素子５０を用いて移動プレートあるいはベースプレートを加熱するように制御してもよい。
また、上記実施例では、温度調整手段としてペルチェ素子５０等の熱電変換素子を備えた温度調整モジュール６０を利用しているが、必ずしもペルチェ素子５０等の熱電変換素子を用いる必要はなく、移動プレート３０の温度を調整できる構成であれば、熱媒体を利用して温度調整する場合を含む種々の温度調整手段を利用することが可能である。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、案内機構２０について、転動体が無限循環する例について説明したが、転動体が循環しないいわゆる有限形式の転がり案内装置でもよく、転動体を用いないすべり案内を用いてもよい。
また、上記実施例の案内機構２０，２０は直線運動を案内するものであるが、直線運動に限定されず、曲線状でもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  リニアモータアクチュエータ、１０  ベースプレート、１１  固定子座部、１２  レール台座部、２０  案内機構、２１  軌道レール、２２  ボール(転動体）、２３  移動
ブロック、３０  移動プレート、３１  プレート上面、４０  リニアモータ、４１  固定子、４５  可動子、４６  電磁コイル、５０  ペルチェ素子（熱電変換素子）、６０  温度調整モジュール（温度調整手段）、７０  ヒートシンク、１１０  温度センサ(温度測
定手段）、１２０  制御装置、θ０  基準温度、θｔ  移動プレートの温度
【図１】
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【図２】
2012044776.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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