(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動可能な一対の部材を構成する一方の前記部材に取り付けられるベッド，他方の前記部材に取り付けられ且つ前記ベッドの長手方向に直動案内ユニットを介してスライド自在に設けられたテーブル，前記テーブルの前記ベッドに対する対向面に前記テーブルのスライド方向に極性が交互に異なり且つ両端の極性が異なる態様で並設された磁極から成る界磁マグネット，前記界磁マグネットに対向して前記ベッドの前記テーブルに対する対向面に配置された電機子コイルを有し且つ前記界磁マグネットが生じさせる磁束と前記電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により前記界磁マグネットに推力を与えて前記テーブルをスライド自在に位置決め駆動する電機子組立体，及び前記ベッドに前記界磁マグネットに対向して配設され磁束の強さと方向を検知する磁気検知素子を具備し，
前記磁気検知素子が前記磁極のうち前記界磁マグネットの一方の端部に配置されている一端磁極の外側境界位置を検知するために，前記一端磁極の外側端部には前記一端磁極と極性が異なる補助マグネットが配設され，前記補助マグネットによって前記一端磁極の外側境界位置の前記磁束の強さと方向が互いに隣接する前記磁極の境界位置における前記磁束の強さと方向と同程度に設定されており，
前記ベッド及び前記テーブルは，磁性材料である鋼からそれぞれ製作されて前記ベッドがコイルヨークを前記テーブルがマグネットヨークを構成しており，
前記界磁マグネットは，４の倍数の前記磁極が交互に並べて配置された希土類磁石であり，前記電機子組立体は，３相通電方式で各相の電流が供給される３つの前記電機子コイルが前記ベッドの長手方向に並べて構成された電機子コイル組を少なくとも２組が前記ベッドの長手方向に並べて配設されており，前記電機子コイルの総数は，前記磁極の極数以上であり，
前記テーブルには，前記テーブルの原点を規定する原点マークと前記界磁マグネットの前記一方の端部に対して他方の端部に配置されている他端磁極の外側端面に前記他端磁極と異極のセンサ用マグネットとが配設されており，前記ベッドには，前記原点マークを検出する原点センサが配設されており，前記電機子組立体には，前記テーブルが前記ベッドに対してスライドするとき前記原点センサが前記原点マークを検出する前の原点前位置において前記センサ用マグネットを検出する原点前センサ，及び前記テーブルの前記ベッドに対するスライド限界位置に応じて前記一端磁極又は前記センサ用マグネットを検出するリミットセンサが配設されていることから成る可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項２】
前記界磁マグネットを構成する前記磁極の数は４であり，前記電機子コイルの数は６であり，前記テーブルの長手方向の長さは５つまでの前記磁極を配設することが可能な長さであることからなる請求項１に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項３】
前記補助マグネットのスライド方向の幅は，前記テーブルに及ぼされる推力への影響を制限するため，前記電機子コイルの腕の幅よりも小さい幅に設定されていることから成る請求項１又は２に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項４】
前記センサ用マグネットは，前記推力に及ぼす影響を小さくするため，前記界磁マグネットの外側において一つの前記磁極の半分以下の長さで配設されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項５】
前記センサ用マグネットは，フェライト磁石であることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項６】
前記界磁マグネットの一方の端部に配置されている前記一端磁極，前記補助マグネット，前記界磁マグネットの他方の端部に配置されている前記他端磁極，及び前記センサ用マグネットの極性は，それぞれ，Ｎ極，Ｓ極，Ｓ極，Ｎ極であることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項７】
前記ベッドに対する前記テーブルのスライド方向の位置を検出するエンコーダを具備しており，前記エンコーダは，前記テーブルに配設された光学式リニアスケールと前記光学式リニアスケールに対向して前記ベッドに配設されて前記光学式リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダであることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項８】
前記磁気検知素子は，前記電機子コイル毎に配設されているホールＩＣであることから成る請求項１〜７のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項９】
前記テーブルには，前記補助マグネットの端部において，前記界磁マグネットが発する磁束の外部への漏れ防止用の端板が配設されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項１０】
前記電機子組立体は，前記テーブルのスライド方向に沿って前記ベッドに形成されている凹部内に配置されており，前記直動案内ユニットは前記凹部を挟んで前記テーブルのスライド方向に沿って並列に配設されていることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項１１】
前記電機子組立体は，前記ベッドに取り付けられ且つ前記凹部の開口を覆うコイル基板を有し，前記電機子コイルは，前記コイル基板の前記凹部内に臨む面において前記テーブルのスライド方向に並設された偏平な電機子コイルであることから成る請求項１０に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項１２】
前記電機子コイルは，略矩形にまかれた巻線と前記巻線の内部に樹脂モールド成形された芯部とから構成されていることから成る請求項１１に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【請求項１３】
前記テーブルのスライド方向で見て，前記ベッドの一方の端部にはエンドブロックが，また他方の端部には，前記電機子組立体に接続される電源コードと前記エンコーダの前記センサに接続されるセンサコードとが連結されたコネクタブロックが取り付けられており，前記エンドブロック及び前記コネクタブロックには，前記テーブルとの衝突を緩和するため，それぞれ，弾性体から成るストッパが固着されていることから成る請求項１〜１２のいずれか１項に記載の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体・液晶関連装置、測定器、組立機、工作機械、産業用ロボット、又は搬送機等の機器に使用され、励磁コイルをベッドのような固定子側に配設し、マグネットをテーブルのような可動子側に配設した可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、上記各技術分野におけるＸ−Ｙ等多軸ステージや運動機構部において、ワーク、工具、或いは物品や機器を高速で移動させ且つ高精度で位置決めするため、コンパクトで軽量な構造を有し、高推力、高速、高応答可能なスライド装置が求められている。スライド装置にはリニアモータが使用されているが、リニアモータには、ベース部材であるベッドに界磁マグネットを固定子として設け、且つ所定の電気角だけずらした位相差をもって順次配列された複数個の電機子コイルをベッドに対して長手方向に摺動自在なテーブルに可動子として設けた可動コイル型リニアモータと、電機子コイルをベッドにその長手方向全長に渡って固定子として配設し、テーブルに永久磁石から成る界磁マグネットを可動子として取り付けた可動マグネット型のリニアモータとがある。
【０００３】
本出願人は、既に、工作機械や産業用ロボットなどに用いられるスライド装置として、リニア電磁アクチュエータを駆動源として備え、物体（被駆動体）を高精度に位置決めする一軸の可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置を開示している（特開平９−２６６６５９号公報）。このスライド装置は、鋼製（磁性材料）とされたベッドとテーブルとの間にリニア電磁アクチュエータが配設され、ベッドとテーブルとの少なくとも一方がリニア電磁アクチュエータの磁気回路部分、具体的にはマグネットヨーク及びコイルヨークを兼用させた構造を備えている。このスライド装置によれば、磁気回路を構成する比較的大きな部材であるヨークを別途設ける必要がなく、部品点数を少なくすると共に安価で小形なスライド装置が実現されている。
【０００４】
また、編み機の編み針を往復させる装置として好適なリニアモータが特開平８−３２２２３２号公報に開示されている。この公報に開示されているリニアモータは、可動コイル型リニアモータを複数内蔵した装置であり、可動子組立体は、一方の側から他方の側に貫通する空間部が形成された可動子支持体と、可動子支持体の一側に接着等で固定された可撓性を有するシート状部材と、該シート状部材の一方の面に配置され且つ可動子支持体に形成されている空間部に一部が受け入れられた複数（３つ）の励磁コイル（可動子）とから構成されている。励磁コイルは、コイルの軸線方向を厚さ方向とした長円形の平板の形に形成されている。可動子組立体は、鋼材のような強磁性体からなる固定子支持体と、固定子支持体に可動子の移動方向に並べて配置された６枚の永久磁石（固定子）とから構成された一対の対向した固定子組立体間において、移動自在に構成されている。励磁コイルが、可動子支持体の空間部に収容されていることにより、可動子組立体の厚さ寸法を小さくしている。位置センサは、可動子組立体の移動方向に延びるように配置された細長い被検知体と、一方の固定子組立体に配置された感知ヘッドとを有する。
【０００５】
また、特開平８−４７２３９号公報には、界磁マグネットの最端判別素子に対して非検出磁極を設けたリニア直流モータが開示されている。このリニア直流モータにおいて、可動子であるテーブルは、その下面側に固着されたマグネットヨークと、マグネットヨークの下面に取り付けられ且つベッドに設けられた一次側である電機子コイルに対向して配設された界磁マグネットとを有している。界磁マグネットは、長手方向にＳＮ極が交互に並んだ全体として略矩形状に形成されるが、一方の最端磁極は、最端判別素子である位置検出用のホール効果素子との対向面のみが非検出磁極とされ、実際に推力を発生する電機子コイル導体部の数のバラツキ範囲を小さくし、安定した推力を得ている。
【０００６】
更に、コイルごとに半導体整流装置が配設された可動磁石型直流ブラシレスリニアモータが開示されている（特開平１−２９８９４６号公報）。この公報には、３相通電方式のリニアモータとして、４極マグネット及び２組の３相コイル群を配設した構造のものが開示されている。更に、特許第２９６０４８９号公報には、１２０度通電型の可動磁石型ブラシレスリニアモータが開示されている。
【０００７】
従来のスライド装置の一例が、図１８及び図１９に示されている。図１８は従来の可動マグネット型リニアモータを内蔵するスライド装置の一例を示す平面図であり、図１９は図１８に示すスライド装置のＢ−Ｂ断面図である。このスライド装置は、前掲の特開平９−２６６６５９号公報に開示されている小形リニアモータテーブル５１を示し、ベッド５２及びテーブル５３を鋼製（磁性材料）にして磁気回路部分（マグネットヨーク及びコイルヨーク）を兼用させて小形なリニアモータテーブル５１を実現している。リニアモータテーブル５１は、固定側とされる長手のベッド５２と、直動案内ユニット５４によってベッド５２の長手方向で直線的に往復動するように設けられたテーブル５３とを有している。直動案内ユニット５４は、ベッド５２に並列に取り付けられた２本の軌道レール５５と、テーブル５３に取り付けられ且つ各軌道レール５５についてスライド可能な都合４つのスライダ５６によって構成されている。直動案内ユニット５４は、軌道レール５５の長手方向側面に形成された軌道溝とスライダ５６に形成された軌道溝とが対向して負荷軌道路を形成しており、負荷軌道路を転動体であるボールが転走することによってスライダ５６が軌道レール５５上をスムーズに案内する従来公知のものであってよく、これ以上の詳細な説明を省略する。テーブル５３の上面には、ワーク取付け用の複数のねじ孔５８が形成されている。
【０００８】
ベッド５２の長手方向両端部にはエンドブロック６１及びコネクタブロック６２が設けられており、それぞれ、取付けボルト６３，６４によってベッド５２に取り付けられていて、テーブル５３の作動ストロークを大きく逸脱することがないようにテーブル５３の移動を規制している。ベッド５２には、複数箇所において取付け孔６５が形成されており、取付け孔６５に挿通され且つ作業台等に係合される取付けボルト６６によって、ベッド５２が作業台等に取り付けられる。
【０００９】
スライド装置１の一次側を構成する電機子７０は、コイル基板７１と、コイル基板７１の下面側にテーブル５３の移動方向に沿って一列に並べて貼着された８個の電機子コイル７２とを有している。電機子７０は、ベッド５２の上面側に長手方向に形成されている凹部７３内に絶縁シート７４を介して配設されている。コイル基板７１には各電機子コイル７２に関連してホール効果素子７５が設けられており、ホール効果素子７５は、後述する二次側の界磁マグネット９０が発する磁力線について界磁マグネット９０の接近時に検出する磁束検出量に応じた信号を出力する。各電機子コイル７２に流される電流の給断電は、ホール効果素子７５が出力した信号に基づいて制御される。各電機子７０は、隣り合う電機子７０の取付け位置と千鳥状となる取付け位置において、ベッド５２とコイル基板７１とに当接するスペーサ７７に嵌挿された小ねじ７６によってベッド５２に共締めされる。
【００１０】
ベッド５２には、上側の凹部７３とは反対側の下側において、凹部７９が形成されており、凹部７９には絶縁シート８１を介してドライブ基板８０が配設されている。ドライブ基板８０は、電機子コイル７２に給電を行うものであり、種々の電子部品から成る駆動回路８２が設けられている。コイル基板７１とドライブ基板８０とは、ベッド５２に上下に貫通して形成されている貫通孔８５を通じて延びる雌雄のコネクタ８３，８４によって接続されている。更に、ベッド５２の凹部７９は、カバー８６によって覆われている。
【００１１】
リニアモータの二次側である界磁マグネット９０が、テーブル５３に形成された凹部９２内に配置され、且つテーブル５３の下面に固着されている。界磁マグネット９０は、テーブル５３のスライド方向にＮ，Ｓの磁極（５極）が交互に並んで設定された複数の板状磁石９１で構成されている。界磁マグネット９０が装着されている鋼等の磁性材から成るテーブル５３は、マグネットヨークとして磁気回路部分を構成している。一方、磁性材から成るベッド５２は、各電機子コイル７２に関するヨーク、即ち、コイルヨークとして磁気回路部分を構成する。各電機子コイル７２に所定の電流を供給することにより、一次側と二次側とにフレミングの左手の法則に基づく推力が生じ、二次側である界磁マグネット９０と一体のテーブル５３が直動案内ユニット５４，５４に案内されてスライドする。
【００１２】
ベッド５２とテーブル５３の基準位置を検出するため、左から２番目の電機子コイル７２の内部にホール効果素子９７が配設されている。ホール効果素子９７が、界磁マグネット９０の左端の板状磁石９１を検出するときの信号が基準位置信号とされる。また、テーブル５３がその作動ストロークを逸脱して作動することを検出する限界センサとして２つのホール効果素子９８，９９が左右両端の電機子コイル７２，７２の内部においてコイル基板７１に装着されている。テーブル５３がその作動ストロークを逸脱して作動したとき、ホール効果素子９８，９９は、それぞれ界磁マグネット９０の左右両端の磁極に感応して信号を発する。リニアモータテーブル５１においてベッド５２とテーブル５３との相対位置を検出するため、テーブル５３には、その側部において微細なピッチでＮ，Ｓ極が交互に並べられた磁気スケールから成るリニアスケール９５が取り付けられており、リニアスケール９５を検出するセンサ９６がベッド５２取り付けられている。
【００１３】
スライド装置である上記のリニアモータテーブル５１は、各電機子コイル７２毎の通電方式であるために、ベッド５２の下部にドライブ基板８０及び駆動回路８２を内蔵する構造になっており、スライド装置が複雑化し、且つ嵩高い構造になっている。リニアスケールには磁気スケールが用いられている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、半導体装置、測定器、組立機などで、従来のスライド装置に比して、更にコンパクトで高精度・高速度に作動し、クリーン、高推力、高速、高応答な位置決め機構としてのスライド装置が要望されている。そこで、ベッドに対して直動案内ユニットを介してテーブルをスライド自在に設け、テーブルのベッドに対向する対向面に配設されている界磁マグネットが生じる磁束と、ベッドに支持されている電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により、ベッドに対して界磁マグネットをテーブルと共に移動可能にした可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置において、テーブルのベッドに対する位置を検出するため、ベッド側に設けられているホールＩＣ等の磁気検知素子で、テーブルに設けられている磁石を検出している。位置検出のためにテーブルに設ける磁石を位置検出専用の磁石とすると、スライド装置の製作コストを上昇させる原因になるので、テーブルの推力を得るための界磁マグネットを位置検出のために利用することが行われている。
【００１５】
しかしながら、複数の磁極を極性が交互に異なるように並べて構成された界磁マグネットでは、両端の磁極の外側については、隣接する異極同士の磁極間でコンパクトに閉じた磁束の分布と異なり、磁束が開放した分布を呈している。例えば、磁束の縦方向の強さがゼロになる位置は、両端の磁極の外側に大きくはみ出している。従って、磁気検知素子は、界磁マグネットの両端の磁極の位置を正確に検出することができない。そこで、同じ磁気検知素子が、界磁マグネットの隣接する異極同士の磁極間の境界位置と同様の精度で、界磁マグネットの両端の磁極の位置を検出可能にするため、両端の磁極の外側に生じる磁束を矯正する点で解決すべき課題がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、一般の磁気検知素子がＮ極を検出している実情を考慮して、界磁マグネットのＮ極とされた一方の磁極の外側に、当該一方の磁極の外側に生じる磁束のパターンを、極性が異なる隣接する磁極同士間で生じる磁束のパターンと同等に矯正させることで、位置検出用の専用に磁石を配設することを要せず、界磁マグネットの端部に磁極についても同じ磁気検知素子でもって正確に位置検出を可能にする可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置を提供することである。
【００１７】
この発明は，相対的に移動可能な一対の部材を構成する一方の前記部材に取り付けられるベッド，他方の前記部材に取り付けられ且つ前記ベッドの長手方向に直動案内ユニットを介してスライド自在に設けられたテーブル，前記テーブルの前記ベッドに対する対向面に前記テーブルのスライド方向に極性が交互に異なり且つ両端の極性が異なる態様で並設された磁極から成る界磁マグネット，前記界磁マグネットに対向して前記ベッドの前記テーブルに対する対向面に配置された電機子コイルを有し且つ前記界磁マグネットが生じさせる磁束と前記電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により前記界磁マグネットに推力を与えて前記テーブルをスライド自在に位置決め駆動する電機子組立体，及び前記ベッドに前記界磁マグネットに対向して配設され磁束の強さと方向を検知する磁気検知素子を具備し，
前記磁気検知素子が前記磁極のうち前記界磁マグネットの一方の端部に配置されている一端磁極の外側境界位置を検知するために，前記一端磁極の外側端部には前記一端磁極と極性が異なる補助マグネットが配設され，前記補助マグネットによって前記一端磁極の外側境界位置の前記磁束の強さと方向が互いに隣接する前記磁極の境界位置における前記磁束の強さと方向と同程度に設定されており，
前記ベッド及び前記テーブルは，磁性材料である鋼からそれぞれ製作されて前記ベッドがコイルヨークを前記テーブルがマグネットヨークを構成しており，
前記界磁マグネットは，４の倍数の前記磁極が交互に並べて配置された希土類磁石であり，前記電機子組立体は，３相通電方式で各相の電流が供給される３つの前記電機子コイルが前記ベッドの長手方向に並べて構成された電機子コイル組を少なくとも２組が前記ベッドの長手方向に並べて配設されており，前記電機子コイルの総数は，前記磁極の極数以上であり，
前記テーブルには，前記テーブルの原点を規定する原点マークと前記界磁マグネットの前記一方の端部に対して他方の端部に配置されている他端磁極の外側端面に前記他端磁極と異極のセンサ用マグネットとが配設されており，前記ベッドには，前記原点マークを検出する原点センサが配設されており，前記電機子組立体には，前記テーブルが前記ベッドに対してスライドするとき前記原点センサが前記原点マークを検出する前の原点前位置において前記センサ用マグネットを検出する原点前センサ，及び前記テーブルの前記ベッドに対するスライド限界位置に応じて前記一端磁極又は前記センサ用マグネットを検出するリミットセンサが配設されていることから成る可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置に関する。
【００１８】
この発明は、上記のように構成されているため、相対的に移動可能な一対の部材を構成する一方の部材に取り付けられるベッドと、他方の部材に取り付けられているテーブルとは、ベッドの長手方向に直動案内ユニットを介してスライド自在である。テーブルのベッドに対する推力は、電機子コイルに通電するとき、テーブルのベッドに対する対向面にテーブルのスライド方向に極性が交互に異なり且つ両端の極性が異なる態様で並設された磁極から成る界磁マグネットが生じさせる磁束と、界磁マグネットに対向してベッドの前記テーブルに対する対向面に配置された電機子組立体の電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用により与えられる。界磁マグネットに対向してベッドに配設され磁束の強さと方向を検知する磁気検知素子によってテーブルの位置を検出し、電機子コイルに流される電流を制御することにより、テーブルはスライド自在に位置決め駆動される。界磁マグネットの一方の端部に配置されている一端磁極と極性が異なる補助マグネットは、補助マグネットが無いとしたときに外側に開放されてしまう磁極パターンを矯正し、一端磁極の外側境界位置における磁束の強さと方向を、互いに隣接する磁極の境界位置における磁束の強さと方向と同程度に設定しているので、互いに隣接する磁極の境界位置の場合と同様の精度で、磁極の端部を検出する。
【００１９】
前記ベッド及び前記テーブルは、それぞれ、磁性材料である鋼から製作されている。ベッドはコイルヨークを兼ね、テーブルはマグネットヨークを兼ねるので、電機子組立体と界磁マグネットとの配置が省スペースに構成され且つ効率的な電磁相互作用が得られる。また、前記界磁マグネットとして、４の倍数の前記磁極が交互に並べて配置された希土類磁石（ネオジウム磁石）を用いているので、磁束密度が高まり、高推力（電流×磁束密度）が得られて、一層、高速、高応答な位置決めが可能になる。
【００２０】
前記電機子組立体は、３相通電方式で各相の電流が供給される３つの前記電機子コイルが前記ベッドの長手方向に並べて構成された電機子コイル組を少なくとも２組、前記ベッドの長手方向に並べて配設されており、前記電機子コイルの総数は前記磁極の極数以上である。電機子組立体を３相通電方式にし、３相の各電流がそれぞれ供給される最小単位でなる３つの電機子コイルで構成しているので、従来の構造のように各電機子コイル毎の通電方式であることに応じてベッドの下部に駆動回路を内蔵する必要がなく、駆動回路をスライド装置から駆動装置（電気装置）であるドライバ側に移設することが可能になる。電機子コイル組は、並べてベッドに配設されるので、スライド装置の構造がコンパクトに構成される。この場合、前記界磁マグネットを構成する前記磁極の数は４であり、前記電機子コイルの数は６であり、前記テーブルの長手方向の長さは５つまでの前記磁極を配設することが可能な長さとすることが可能である。
【００２１】
前記補助マグネットのスライド方向の幅は、前記テーブルに及ぼされる推力への影響を制限するため、前記電機子コイルの腕の幅よりも小さい幅に設定されている。電機子コイルに流れる電流によって生じる磁束が界磁マグネットによって生じる磁束と相互作用を起こしてテーブルに推力を与えるのは、電機子コイルの腕の部分に流れる電流が起こす磁束である。従って、補助マグネットのスライド方向の幅を、電機子コイルの腕の幅よりも小さい幅に設定することで、電機子コイルが補助マグネットとの相互作用によって、界磁マグネットがテーブルに本来及ぼす推力への影響を最小限に抑えられる。
【００２２】
前記テーブルには、前記テーブルの原点を規定する原点マークと、前記界磁マグネットの他方の端部に配置されている他端磁極の外側に前記他端磁極と異極のセンサ用マグネットとが配設されており、前記ベッドには前記原点マークを検出する原点センサが配設され、前記電機子組立体には、前記テーブルが前記ベッドに対してスライドするとき前記原点センサが前記原点マークを検出する前の原点前位置において前記センサ用マグネットを検出する原点前センサ、及び前記テーブルの前記ベッドに対するスライド限界位置に応じて前記一端磁極又は前記センサ用マグネットを検出するリミットセンサが配設されている。即ち、界磁マグネットの両端の磁極が異なるので、リミットセンサ、及び原点前センサの設定については、異なる磁極に対応した設定を必要とする。一端磁極については、一方のリミットセンサが前記一端磁極に対応しているが、他端磁極については、一端磁極と異なる極性であるので、前記設定を不要とするために、前記一端磁極と同極でなる他端磁極と異極のセンサ用マグネットが設けられている。リミットセンサ及び原点前センサが、センサ用マグネットを検出することにより、テーブルのベッドに対するスライド位置、ストロークを制御することが可能となる。
【００２３】
前記センサ用マグネットは、前記推力に及ぼす影響を小さくするため、前記界磁マグネットの外側において一つの前記磁極の半分以下の長さで配設されている。センサ用マグネットを配設することによって、テーブルへの推力への影響が無視できなくなるのを防止するため、センサ用マグネットの形状と界磁マグネットへの配置とが配慮される。また、前記センサ用マグネットはフェライト磁石で製作されている。フェライト磁石の磁力は希土類磁石と比較して弱いので、テーブルへの推力への影響が小さい。
【００２４】
前記界磁マグネットの一方の端部に配置されている前記一端磁極、前記補助マグネット、前記界磁マグネットの他方の端部に配置されている前記他端磁極、及び前記センサ用マグネットの極性は、それぞれ、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極である。一端磁極及びセンサ用マグネットの極性がＮ極となり、磁気検知素子で、検出可能となる。
【００２５】
前記ベッドに対する前記テーブルのスライド方向の位置を検出するエンコーダを具備しており、前記エンコーダは、前記テーブルに配設された光学式リニアスケールと前記光学式リニアスケールに対向して前記ベッドに配設されて前記光学式リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダである。光学式エンコーダは、相互間変化に左右されにくく、高精度化に適している。また、磁気エンコーダに代えて光学式エンコーダを採用しているので、分解能が向上し高精度になっている。光学式エンコーダを構成する光学式のリニアスケールをテーブル下面に配設し、リニアスケール用のセンサをベッドに配設したことによって、スライド装置の稼働に伴ってセンサコードを動かすことがなくなり、装置自体が低発塵となり、クリーンな環境で使用することを可能にしている。
【００２６】
前記磁気検知素子は、前記電機子コイル毎に配設されているホールＩＣである。ホールＩＣは、比較的安価に入手できる磁気検知素子であり、電機子コイルの製作時に同時に組み込むことで、容易に配設される。
【００２７】
前記テーブルには、前記補助マグネットの端部において、前記界磁マグネットが発する磁束の外部への漏れ防止用の端板が配設されている。端板は、界磁マグネットが発する磁束がテーブルの端部から外部に漏れ出るのを防止するので、界磁マグネットによって形成される磁界の影響が、テーブルに接近するものに及ぶのを防止する。
【００２８】
前記電機子組立体は、前記テーブルのスライド方向に沿って前記ベッドに形成されている凹部内に配置されており、前記直動案内ユニットは前記凹部を挟んで前記テーブルのスライド方向に沿って並列に配設されている。電機子組立体は、ベッドの形成されている凹部に収容される状態で取り付けられ、ベッドの厚さを可及的に薄くすることが可能となり、スライド装置のコンパクト化に寄与する。直動案内ユニットを凹部を挟んでテーブルのスライド方向に沿って並列に配設させることにより、テーブルはベッドに対して安定したスライド可能となり、また、直動案内ユニットの高さの範囲を利用して、界磁マグネットをテーブルに設けることが可能になる。また、前記エンコーダは、一方の前記直動案内ユニットの外方において前記ベッド及び前記テーブルに配設させることが可能である。
【００２９】
前記電機子組立体は、前記ベッドに取り付けられ且つ前記凹部の開口を覆うコイル基板を有し、前記電機子コイルは、前記コイル基板の前記凹部内に臨む面において前記テーブルのスライド方向に並設された偏平な電機子コイルである。コイル基板と偏平な電機子コイルとから成る電機子組立体は、極力薄い厚さに製作され、ベッドの凹部内に配設される。また、前記電機子コイルは、略矩形にまかれた巻線と前記巻線の内部に樹脂モールド成形された芯部とから構成されている。樹脂モールドで芯部を構成することにより、電機子コイルの一層の保形性が得られる。
【００３０】
前記テーブルのスライド方向で見て、前記ベッドの一方の端部にはエンドブロックが、また他方の端部には、前記電機子組立体に接続される電源コードと前記エンコーダの前記センサに接続されるセンサコードとが連結されたコネクタブロックが取り付けられており、前記エンドブロック及び前記コネクタブロックには、前記テーブルとの衝突を緩和するため、それぞれ、弾性体から成るストッパが固着されている。テーブルが、万一、ベッドに対して所定のストローク範囲を超えてスライドしたときには、エンドブロック又はコネクタブロックの内側端面、即ち、テーブルに面する側に設けられている弾性体から成るストッパがテーブルとの衝突を緩衝し、スライド装置の破損を防止する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置の実施例を説明する。図１はこの発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置の平面図、図２は図１に示したスライド装置の正面図、図３は図１に示したスライド装置のＡ−Ａ断面図、図４は図１に示したスライド装置のテーブルの背面図、図５は図４に示したテーブルの左側面図、図６は図１に示したスライド装置のコイル基板の背面図、図７は図６に示したコイル基板の正面図、図８は図６に示したコイル基板の背面から見た平面図、そして、図９は図１に示すスライド装置の各構成部品の関係を示す平面図である。
【００３２】
この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置１（以下、単に「スライド装置１」という）は、図１〜図３に示すように、鋼製であり細長の矩形板状に形成されたベッド２と、ベッド２上を長手方向に直線的にスライド自在な鋼製であり矩形板状のテーブル３とを備えている。ベッド２は、相対的に移動可能な一方の部材（通常、固定側の機器、図示せず）に取り付けられる。ベッド２上面には、長手方向に沿って互いに平行に且つ同じ高さに多数の取付けねじによってベッド２に固設された一対の軌道レール５と軌道レール５に摺動自在に跨架してなる２つずつのスライダ６とからなる直動転がり案内ユニット４が設けられている。テーブル３は、直動転がり案内ユニット４の四つの各スライダ６（図３参照）に固着されており、スライダ６が軌道レール５を摺動することによって、ベッド３上をスライド自在である。テーブル３を各スライダ６に固着するための固着用の一対のねじ２３が、テーブル３の上面に埋設される形で挿通されてスライダ６にねじ込まれている。スライド装置１においては、図１に示されるように、ベッド２には、基台などへの取付けのために複数の取付孔７が形成されており、テーブル３には、その上面に位置決め駆動するワーク、即ち、ベッドと共に相対的に移動可能な一対の部材の他方の部材を取り付けるための複数（図示の例では４つ）ねじ孔８が形成されている。スライド装置１は、特に図２に示すように、全体的に高さが低い薄厚構造に構成されている。
【００３３】
直動転がり案内ユニット４は、従来周知のものであり、軌道レール５に跨架したスライダ６は、詳細には図示しないが、ケーシングと、ケーシングの摺動方向両端に取り付けられた一対のエンドキャップと、各エンドキャップの外面にエンドキャップと共締めされた状態でケーシングに取り付けられたエンドシールとを有している。一方のエンドキャップには、グリースニップルが取り付けられている。ケーシングには、軌道レール５の長手方向両側面に形成された各軌道溝に対応して転動体が循環するための循環路が形成されており、循環路には転動体としての多数のボールが並べられて収容されている。循環路は、ケーシングに形成されており且つ軌道レール５に形成された各軌道溝に対応して負荷軌道路を構成する負荷軌道溝とリターン通路、及びエンドキャップに形成され且つ負荷軌道路とリターン通路とを接続する方向転換路から成っている。ボールが軌道レールとケーシングとの間に形成された負荷軌道路を転動しつつ循環路を循環することにより、スライダ６が軌道レール５上を滑らかに案内されて移動する。
【００３４】
スライド装置１において、図３に示すように、ベッド２の上面には、一対の直動転がり案内ユニット４，４間の長手方向に沿って凹部９が形成されており、凹部９には、コイル基板１１とコイル基板１１に固着された複数の電機子コイル１２（この実施例では６つの電機子コイル：図６参照）とから成る固定子としての電機子組立体１０が配設されている。電機子組立体１０に対向して、テーブル３の下面には、可動子として、矩形板状に形成された複数の永久磁石を極性が交互に異ならせて配設された界磁マグネット１３（この実施例では４極の界磁マグネット：図４参照）が固着されている。スライド装置１は、界磁マグネット１３が生じさせる磁束と電機子コイル１２に流れる３相電流との電磁相互作用によるリニアモータによって、テーブル３をスライド自在に駆動して、所望の位置に位置決めする。電源装置、及び制御装置であるドライバ装置、及びコントロール装置は、スライド装置１の外部に設けられている。
【００３５】
図３及び図４に示すように、ベッド２に対するテーブル３の位置検知をするため、スライド装置１には、光学式エンコーダ１４が配設されている。光学式エンコーダ１４は、テーブル３の下面の一側に長手方向に沿って配設された光学式リニアスケール１５と光学式リニアスケール１５に対向してベッド２の中央部側部を切り欠いて配設されたセンサ１６とから構成されている。図１及び図２に示すように、ベッド２には、その一側において長手方向に沿ってセンサ取付けブロック１６ａがブロック取付けボルト１６ｂによって取り付けられており、センサ１６は、センサ取付けブロック１６ａにセンサ取付けボルト１６ｃによって取り付けられている。
【００３６】
スライド装置１は、図１及び図２に示すように、ベッド２の上面の長手方向の一方端部には、テーブル３がその作動ストロークを大きく逸脱してベッド２の一方から外れることを防止する規制部材としてのエンドブロック１７が埋込み型の固着手段である六角孔付きの取付けボルト１７ａよって固設されている。エンドブロック１７には、テーブル３に対向する端面にウレタンゴムでなる弾性体のストッパ１８が固着されている。また、ベッド２の他方の端部には、コネクタブロック１９がエンドブロック１７の場合と同様の埋込み型の取付けボルト１９ａによって固設されている。コネクタブロック１９は、テーブル３がその作動ストロークを大きく逸脱してベッド２の他方から外れることを防止する規制部材として機能すると共に、リニアモータを駆動するために電機子コイル１２への電力供給を行うと共に後述するリミットセンサや原点前センサのような磁気検知素子のための電源コード及び信号コード２１と、後述する原点マークや光学式エンコーダ１４等のベッド２に対するテーブル３の位置を検出した信号取り出し用のセンサコード２２とを断線なく案内する働きをしている。センサコード２２には制御装置が接続されており、制御装置は、電源コード及び信号コード２１、並びにセンサコード２２を介して検出した位置情報に基づいてモータ駆動用の電力を電源コード及び信号コード２１を通じて供給する。コネクタブロック１９には、テーブル３に対向する端面にウレタンゴムでなる弾性体のストッパ２０が固着されている。ストッパ１８，２０は、テーブル３がベッド２における作動ストロークの限界に接近したときの衝突を緩衝する。
【００３７】
図４及び図５に示されるように、テーブル３の下面３０には、テーブル３のスライド方向に磁性が交互に異なる矩形板状の４極の磁極２４ａ〜２４ｄが密に並設されて構成されている界磁マグネット１３が配設されている。この実施例では、界磁マグネット１３は、希土類磁石であるネオジウム磁石から成る永久磁石である。テーブル３は、鋼製でなる磁性材料から作られており、界磁マグネット１３が生じる磁束を通すマグネットヨークを兼ねている。そのため、テーブル３に取り付けるべきマグネットヨークを別途用意する必要がなく、可動子側の構造をコンパクトに構成することができる。
【００３８】
界磁マグネット１３の一方の端部に配置されている一端磁極２４ａの極性は、Ｎ極である。一端磁極２４ａの外側端面に、補助マグネット４１が並設されている。界磁マグネット１３の他方の端部に配置されている他端磁極２４ｄの極性は、Ｓ極である。他端磁極２４ｄの外側端面には、センサ用マグネット４２が並設されている。補助マグネット４１の外端面には、磁束漏れ防止用の鋼製でなる端板２５が配設されている。鋼製の端板２５は、界磁マグネット１３からの磁束がテーブル３の端面より外へ漏れるのを防止して、テーブル３に近接するものに磁界の影響を与えることなくするものである。端板２５の幅は電機子コイル１２の腕（スライド方向に交差する方向に延びるコイル巻線部分）の幅ｄ（図６参照）の半分程度（ここでは、２．５ｍｍ幅）になっていて、端板２５の厚さは界磁マグネット１３の厚さと同一である。端板２５は、テーブル３と一体に形成されたものであってもよい。テーブル３の下面３０には、センサ１６と対向した一側において、長手方向に光学式リニアスケール１５が貼着されており、反対側においては、下面３０にセンサ１６の側面に対向するように（図３参照）Ｌ字状金具２７に取り付けられ且つテーブル３の下面３０に垂直になった状態で光学式リニアスケール１５に隣接して原点マーク２８が取り付けられている。原点マーク２８は、センサ１６に原点（基準位置）の信号を与えるためのマークであり、中央部分に磁石２９が埋め込まれて構成されている。なお、スライド装置１における、補助マグネット４１及びセンサ用マグネット４２の機能の詳細については、後述する。
【００３９】
電機子組立体１０は、図６、図７及び図８に示すように、平坦な薄板であるコイル基板１１と、その下面３１にテーブル３のスライド方向に並んで接着剤等で固着された扁平な都合６つの電機子コイル１２とから構成されている。電機子コイル１２は、３相でなる３つずつの電機子コイル１２から成る電機子コイル組が、２組（１２ａ，１２ｂ）配置されている。電機子組立体１０は、電機子コイル１２を界磁マグネット１３に対向して配置した状態でベッド２の凹部９内に配設される。各電機子コイル１２は、３相のコアレスコイルでなり、それぞれが略矩形に巻かれた巻線３２と巻線３２内部に樹脂モールド成形された芯部３３とから成っている。コイル基板１１には、各電機子コイル１２内のスライド方向の中央部に界磁マグネット１３と対向して磁極（ここではＮ極）を検知するホールＩＣ（ホール効果素子）３４が固設されている。ホールＩＣ３４は、特定の磁極（ここではＮ極）に検知するものであり、スライド装置１に電源をＯＮさせた初期の時点で、いずれか検知したホールＩＣ３４から対向する界磁マグネット１３の位置を検出して、検出された界磁マグネット１３の位置に合わせて駆動電流を電機子コイル１２に流すようにするための検知信号を出力する。
【００４０】
コイル基板１１には、また、下面３１の一方の端部において、界磁マグネット１３と対向して磁極（ここではＮ極）２４を検知するリミットセンサ３５ａが固設されており、他方の端部においては、センサ用マグネット４２と対向してセンサ用マグネット４２の磁極（ここではＮ極）２４を検知するリミットセンサ３５ｂが固設されている。また、コイル基板１１の下面３１には、リミットセンサ３５ｂのスライド方向手前に隣接して原点前センサ３６が固設されている。リミットセンサ３５ａ，３５ｂは、界磁マグネット１３のスライド方向両端に位置するＮ極を検知してテーブル３のオーバランを防止するための検知素子である。原点前センサ３６は、テーブル３の原点への接近に際して界磁マグネット１３の端部に設けられているセンサ用マグネット４２のＮ極を検知する。原点前センサ３６がセンサ用マグネット４２を検知する位置は、ベッド２に設けられているセンサ１６がテーブル３の原点マーク２８の側部に内蔵されている原点（磁石２９）を検知する僅かに前の位置であり、原点前センサ３６は、センサ１６が原点マーク２８に合致すべく、検知時点でテーブル３を減速させるための検知素子である。
【００４１】
コイル基板１１の下面３１には、電機子コイル１２への電源供給用、並びにホールＩＣ３４、リミットセンサ３５ａ，３５ｂ及び原点前センサ３６の信号伝達用の電源コード及び信号コード２１と配線する端子３７の列が固設されている。コイル基板１１には、更にベッド２への取付けのために取付け孔３８が形成されている。このように構成されたコイル基板１１は、図３及び図４に示すようにベッド２の長手方向に形成された凹部９に嵌挿され、取付け孔３８に挿通した皿ねじ３９（図１参照）をベッド２にねじ込むことによってベッド２に固着される。コイル基板１１の両端部には、各電機子コイル１２に高さに相当する高さを有するスペーサ４３が設けられており、電機子組立体１０を凹部９に取り付けたときの取付け安定性を向上させている。図８に示すように、コイル基板１１の裏面には、取付け孔３８に対応して基板孔４４が形成されており、取付け孔３８の開口部は、皿ねじ３９のための皿ねじ座面４５となっている。
【００４２】
ベッド２も、例えば、鉄系の強磁性材料（Ｓ４５Ｃ）のような鋼製の磁性材料であり、電機子組立体１０のためのコイルヨークを兼ねている。従って、コイルヨークを別途設ける必要がなく且つ嵩高さが減少されるので、固定子側のコンパクトを更に進めた構造にすることができる。なお、ベッド２の凹部９と電機子コイル１２との間には絶縁シート４０（図３）が配設されている。
【００４３】
スライド装置１は、次のようにして作動する。即ち、界磁マグネット１３とコイルヨークとして機能するベッド２とにより常に垂直方向に働く磁束と、電機子コイル１２への通電による電機子コイル１２の腕（巻線３２のうち、電機子組立体１０の長手方向と直交する方向に延びる部分３２ａ）のまわりに発生する回転磁束とにより、電機子コイル１２はフレミングの左手の法則により水平方向に力を受けることになり、反作用で可動子を構成する界磁マグネット１３、即ちテーブル３が駆動され、界磁マグネット１３の移動に合わせて磁束の向きに応じた方向に電機子コイル１２に電流を切り替えることで、テーブル３には一方向の連続した推力が得られてテーブル３の直線運動が維持される。電流量による加速度制御と光学式エンコーダ１４による現在位置の検出とに基づいて、テーブル３のスライドについて正確な位置決めが行われる。なお、スライド装置１は、パソコン、シーケンンサ、及びドライバと組み合わせてシステム構成され、テーブル３の駆動及び位置決めが制御される。
【００４４】
ホールＩＣ３４、リミットセンサ３５ａ，３５ｂ及び原点前センサ３６は、通常、磁極のＮ極を検出するものとして構成されており、各種の装置もＮ極の検出に応じて作動するように設定されている。Ｓ極を検出するものであれば、以下の説明における磁極の説明はすべて逆になる。補助マグネット４１は、図４及び図９に示されるように、テーブル３の下面３０に設けられていて、界磁マグネット１３を構成するＮ極の一端磁極２４ａの外端面に配設されている。補助マグネット４１については、テーブル３の長手方向と直交する長さＬａｍは界磁マグネット１３の長さＬｍと同じであり、厚みも界磁マグネット１３と同じであるが、界磁マグネット１３の幅Ｗｍより小さい幅Ｗａｍを有している。また、補助マグネット４１は、界磁マグネット１３と同様に希土類磁石（ネオジウム磁石）によって形成されており、表側にＳ極の磁極を示している。Ｓ極を示す補助マグネット４１を配設することによって、Ｎ極の界磁マグネット１３の外端面になる境の位置が、後述するように、正確にホールＩＣ３４に検知される。
【００４５】
図１０は、スライド装置１の電機子組立体１０に供給される電流の時間変化を示すグラフである。図１０に示すように、各電機子コイル１２に供給される電流は、それぞれに１２０°位相差を有する３相の交流電流Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。横軸は、各相の半波長Ｐｗに対する倍率で示されている。
【００４６】
図１１は、このスライド装置１に用いられる補助マグネット４１の作用を説明する説明図である。図１１に示すように、界磁マグネット１３の交互に異なる磁極が並設された境界部分（例えば、一端磁極２４ａと磁極２４ｂとの境界部分、磁極２４ｂと磁極２４ｃとの境界部分等）は、Ｎ極成分の磁束とＳ極成分の磁束との和が零となる位置Ｏ2 ，Ｏ3 に一致するので問題ない。しかしながら、界磁マグネット１３の一端磁極２４ａの外端面においては、補助マグネット４１が設けられていない従来の構造では、磁束が想像線で示すように外側に広がっており、Ｎ極成分の磁束とＳ極成分の磁束との和（縦方向に磁束成分）が零となる位置が外端面である境界部分から外側に外れて（図１１にＯ1 ’で示す）いるために、ホールＩＣ３４がその外れた位置を一端磁極２４ａの外端面として検知していた。これに対して、この発明では、図１１に示すように、一端磁極２４ａの外側にＳ極でなる補助マグネット４１を配設したので、一端磁極２４ａによるＮ極成分の磁束と補助マグネット４１によるＳ極成分の磁束との和が零となる位置Ｏ1 が、磁極２４ｂと磁極２４ｃとの境界部分と同様に、一端磁極２４ａと補助マグネット４１との境界部分と一致させることができる。
【００４７】
補助マグネット４１は、リニアモータによって得られる推力に影響を与えないような構成でなければならないので、電機子コイル１２の腕３２ａにかかる部分を小さいものにしなければならない。そこで、補助マグネット４１のスライド方向の幅寸法Ｗａｍを変えてホールＩＣ３４の検知位置のずれ（Ａ，Ｂ，Ｃ）を実験したデータを図１２〜図１４に示す。図１２は補助マグネット４１の幅Ｗａｍ＝３ｍｍ、図１３は補助マグネット４１の幅Ｗａｍ＝５ｍｍ、図１４は補助マグネット無しの各場合のホールＩＣ３４の反応（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に位置するホールＩＣにおいて）を示している。ホールＩＣ３４の反応は、非検出状態では出力がハイ（Ｈｉｇｈ）であり、検出状態では出力がロー（Ｌｏｗ）である。図１においてテーブル３が左動するとき、補助マグネット４１の無い従来の構造では、図１４に示すように界磁マグネット１３の開放端が通過する毎に検出位置Ａ1 、Ｂ1 、Ｃ1 が早い側にずれている。図１２と図１３とを比較すると補助マグネット４１の幅Ｗａｍが大きくなっている図１３の方がその位置Ａ0 、Ｂ0 、Ｃ0 が一致している。しかしながら、補助マグネット４１の幅Ｗａｍを５ｍｍとすると、リニアモータの推力に若干の影響が認められた。そこで、本発明では、推力に影響が少なく位置精度も正確なもの（図１２に示すように、位置Ａ，Ｂ，Ｃ）として補助マグネット４１の幅Ｗａｍを３ｍｍで実施している。上記の実験結果から、補助マグネット４１の幅Ｗａｍは，電機子コイル１２の腕３２ａの幅ｄ（約５ｍｍ）より小さいものがよい。
【００４８】
上記のように、補助マグネット４１が配設されているので、スライド装置１は、電源をＯＮさせた初期の時点で、ホールＩＣ３４が対向するＮ極の界磁マグネット１３の位置を正確に検出し、その界磁マグネット１３の位置に合わせて駆動電流を各電機子コイル１２に流すようにするので、テーブル３のベッド２に対する高精度な位置決めを行うことができる。
【００４９】
次にセンサ用マグネット４２の作用について説明する。リミットセンサ３５ａ，３５ｂ及び原点前センサ３６は、Ｎ極の磁界を検知するものである。図９に示すように、テーブル３の下面３０に配設された界磁マグネット１３において、一方の端部にはＮ極の一端磁極２４ａが位置しているので、リミットセンサ３５ａは磁極２４ａを検知することができ、その検出結果に基づいてリニアモータを制御することによりテーブル３がオーバランすることを防止できる。しかしながら、界磁マグネット１３の他方の端部にはＳ極の他方磁極２４ｄが位置しているので、リミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６は、Ｓ極の磁極２４ｄを検知することができず、他端磁極２４ｄに隣接するＮ極の磁極２４ｃを待って検知することになる。そうすると、テーブル３は、電機子コイル１２の腕３２ａが生じさせる磁束と界磁マグネット１３の磁束との相互作用に基づいて得られる高推力位置から外れてしまうことになり、効率的なテーブル３の駆動制御ができない。リミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６を隣接するＮ極の界磁マグネット側に寄せれば、即ち、電機子コイル１２内に配設できれば問題は無いが、電機子コイル１２もコンパクトになっているので、リミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６は、電機子コイル１２の外側に配設することが求められている。
【００５０】
そこで、この発明によるスライド装置１では、界磁マグネット１３のＳ極の他端磁極２４ｄの外側において、リミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６に対向した位置に、リニアモータの推力への影響が小さいＮ極でなるセンサ用マグネット４２が配設されている。センサ用マグネット４２は、リニアモータの推力に影響しないように、磁力が弱いフェライト磁石で構成されており、また、センサ用マグネット４２の形状及び配設位置は、センサ用マグネット４２が対向する電機子コイル１２の腕３２ａにかからないように、スライド方向と直交する方向に寄った位置に配置され、その直交方向で計った長さも短く形成されている。センサ用マグネット４２が電機子コイル１２の腕３２ａにかかるとしても、かかる範囲はできるだけ小さいものが好ましい。そこで、実施例では、図４及び図９に示すように、スライド方向の幅Ｗｂｍは界磁マグネット１３の幅Ｗｍとほぼ同様になっている（Ｗｂｍ＝１４．５）が、スライド方向と直交する方向の長さＬｂｍはリミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６が検知できる長さ、即ち、リミットセンサ３５ｂ及び原点前センサ３６の幅程度（Ｌｂｍ＝４ｍｍ）に設定されている。センサ用マグネット４２の長さＬｂｍは、界磁マグネット１３の磁極２４の長さＬａｍの半分より短いことが望ましい。ここで、テーブル３は、図９に示すように、既に本出願人がした特許出願（特許願２０００−１６６３９８号）と兼用できるように界磁マグネット１３を５極並設することができる長さＬｔとし、センサ用マグネット４２を長手方向に配設できるスペースが確保されている。
【００５１】
この発明によるスライド装置１の作動例が図１５〜図１７に示されている。図１５は、上側においてテーブル３が左端から右方へ移行する状況を示しており、下側においてテーブル３が右端から左方へ移行する状況を示している。ここで、スライド装置１は、高推力を維持するために、テーブル３の移動範囲は、テーブル３に配設された界磁マグネット１３のスライド方向の末端が、上側の図に示すように、ストロークエンド側にある３相の電機子コイル１２のうち端部の腕３２ａの中心位置（ｍ1 ）から外れることがないように設定されており、他方が下側の図に示すように、界磁マグネット１３の反対端が反対のストロークエンド側にある３相の電機子コイル１２のうち端部の腕３２ａの中心位置（ｍ2 ）から外れることないように設定されている。この構成によって、電機子コイル１２に通電される電流を界磁マグネット１３が発する磁束と最大限に相互作用を働かせることができ、テーブル３の高推力を維持することが可能である。
【００５２】
図１６及び図１７は、テーブル３が任意の位置で、図に示すように電機子コイル１２に３相電流を流すことによってテーブル３が左方へ移行する状態を示している。各電機子コイル１２への電流は、図１０に示すように、それぞれ１２０°位相差を有する３相の交流電流Ｕ相、Ｖ相及びＷ相になっている。電機子コイル１２は、界磁マグネット１３の磁極境に位置している場合は電流がゼロになっている。図１６と図１７とでは、電機子コイル１２の腕３２ａが、図１６は４本が通電され、図１７では６本が通電されているが、各磁極の中央部が磁東密度が大きくなっていて電流量も磁極の位置に合わせて変化しているので、電機子コイル１２の腕３２ａの数に依らず同一の高推力を維持するように構成されている。
【００５３】
図１５に示すように、界磁マグネット１３の磁極幅Ｗｍとして、各磁極ピッチＰｍも同一（Ｐｍ＝Ｗｍ）、電機子コイル１２の腕３２ａの中心間距離ＢＣを磁極幅Ｗｍと同一（Ｂｃ＝Ｗｍ）、電機子コイル１２のピッチＰｃをＰｃ＝４／３Ｐｍ（Ｐｃ＝４／３Ｗｍ）に構成している。界磁マグネット１３の長さＬａｍ（図４）は、電機子コイル１２の長さ中心間Ｌｐ（図６）程度になっている。この実施例では、磁極幅Ｗｍ＝１５ｍｍであり、テーブル３のストロークＳｔ＝６５ｍｍとなっている。また、スライド装置１は、高さＨ（図３）＝１４ｍｍ、長さＬ（図１）＝１８５ｍｍ、幅Ｂ（図１）＝６０ｍｍである。
【００５４】
この発明による、スライド装置１においては、界磁マグネット１３の磁極２４は、極数が４×ｎ（ｎは１から始まる整数）であり、電機子組立体１０の電機子コイル１２の数は３×（ｍ＋１）（ｍは１から始まる整数）であり、且つ電機子コイル１２の数｛３×（ｍ＋１）｝は界磁マグネット１３の磁極数｛４×ｎ｝以上である。
【００５５】
【発明の効果】
この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置は、以上のように、一般の磁気検知素子がＮ極を検出している実情を考慮して、一端磁極の外側端部に、一端磁極と極性が異なる補助マグネットを配設することによって、界磁マグネットの一方の端部に配置されている一端磁極の外側境界位置における磁束の強さと方向を、互いに隣接する磁極の境界位置における磁束の強さと方向と同程度に設定することが可能になり、その結果、界磁マグネットのＮ極とされた一方の磁極の外側に、当該一方の磁極の外側に生じる磁束のパターンを、極性が異なる隣接する磁極同士間で生じる磁束のパターンと同等に矯正させることができ、テーブルのベッドに対する位置を正確に検出することができる。従って、スライダのベッドに対する高速作動性、応答性が更に向上され、テーブルのベッドに対する位置決めを一層高精度化することができる。また、位置検出用の専用に磁石を配設することを要することがないので、既存の界磁マグネットと磁気検知素子とを活用してテーブルの位置検出を行うことができ、スライダ装置の製作コストを低下させることができる。
【００５６】
この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライダ装置によれば、電機子組立体を構成する各電機子コイルへの電流の供給を３相通電方式としたので、駆動回路をスライド装置内部から外部のドライバ側に移設することが可能になり、スライド装置の全高さを低くすることができる。また、界磁マグネットを希土類磁石（ネオジウム磁石）で構成したので、磁束密度を高めることになり高推力（電流×磁束密度）を得ることができ、更に、高速、高応答な位置決めが可能になっている。また、テーブルのベッドに対する位置検出を行うエンコーダに光学式エンコーダが採用されているので、従来の磁気エンコーダに比較して分解能が向上し、テーブルの位置決めを高精度に行うことができる。また、光学式エンコーダを構成する光学式のリニアスケールをテーブル下面に配設し、リニアスケール用のセンサをベッドに配設したので、センサに接続されるセンサコードは、ベッドに設けられるだけであるので、テーブルに設ける場合と異なり可動に構成することがなく、低発塵であるクリーンな環境で使用可能になっている。電機子組立体において、電機子コイルを６つの電機子コイルとし、界磁マグネットを４極配設した場合には、実用上、コンパクトで且つテーブルの充分なスライド距離が提供される。このように、この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライダ装置は、嵩高さを抑えて最もコンパクトとなり、スライド装置の製造、保管、運搬、据付け及び使用において、省スペースを実現し、作業環境等の改善に寄与することができると共に、クリーン、高推力、高速、高応答な位置決め機構としてのスライド装置となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置の平面図である。
【図２】図１に示したスライド装置の正面図である。
【図３】図１に示したスライド装置のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示したスライド装置のテーブルの背面図である。
【図５】図４に示したテーブルの左側面図である。
【図６】図１に示したスライド装置のコイル基板の背面図である。
【図７】図６に示したコイル基板の正面図である。
【図８】図６に示したコイル基板の背面から見た平面図である。
【図９】図１に示すスライド装置の各構成部品の関係を示す平面図である。
【図１０】スライド装置の電機子組立体に供給される電流の時間変化を示すグラフである。
【図１１】スライド装置に用いられる補助マグネットの作用を説明する説明図である。
【図１２】補助マグネットのスライド方向の幅寸法Ｗａｍを変えてホールＩＣの検知位置のずれ（Ａ，Ｂ，Ｃ）を実験したデータを示すグラフであり、補助マグネットの幅Ｗａｍ＝３ｍｍとした場合のホールＩＣの反応（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に位置するホールＩＣにおいて）を示す。
【図１３】図１２と同様のグラフであり、補助マグネットの幅Ｗａｍ＝５ｍｍとした場合のホールＩＣの反応を示す。
【図１４】図１２と同様のグラフであり、補助マグネット無しとした各場合のホールＩＣの反応を示す。
【図１５】この発明によるスライド装置の作動の一例を示す図である。
【図１６】テーブルが任意の位置で電機子コイルに３相電流を流すことによって左方へ移行する状態を示す説明図である。
【図１７】テーブルが別の位置で電機子コイルに３相電流を流すことによって左方へ移行する状態を示す説明図である。
【図１８】従来の可動マグネット型リニアモータを内蔵するスライド装置の一例を示す平面図である。
【図１９】図１８に示すスライド装置のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１    可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置
２    ベッド
３    テーブル
４    直動案内ユニット
９    凹部
１０  電機子組立体
１１  コイル基板
１２  電機子コイル
１２ａ，１２ｂ  電機子コイル組
１３  界磁マグネット
１４  エンコーダ（光学式エンコーダ）
１５  光学式リニアスケール
１６  センサ
１７  エンドブロック
１９  コネクタブロック
１８，２０  ストッパ
２１  電源コード及び信号コード
２２  センサコード
２４  磁極
２４ａ  一端磁極
２４ｄ  他端磁極
２５  端板
２８  原点マーク
３０  下面
３１  下面
３２  巻線
３３  芯部
３４  ホールＩＣ（磁気検知素子）
３５ａ，３５ｂ  リミットセンサ
３６  原点前センサ
４１  補助マグネット
４２  センサ用マグネット
Ｓｔ  ストローク
Ｗａｍ  補助マグネットのスライド方向の幅
ｄ      電機子コイルの腕の幅
Ｌａｍ  界磁マグネットの長さ
Ｌｂｍ  センサ用マグネットの長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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