(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料から成るベッド，前記ベッドに固設された一対の軌道レールと前記軌道レールに摺動自在に跨架してなる２つずつのスライダとから成る直動転がり案内ユニットを介して前記スライダに固着され且つ前記ベッドの長手方向にスライド自在に設けられた磁性材料から成るテーブル，前記テーブルに配設された界磁マグネット，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，前記ベッドの前記長手方向の両端部には，前記テーブルがストロークの範囲を大きく逸脱して前記ベッドから外れることを防止する規制部材が固設され，且つ前記テーブルに対向する前記規制部材の端面に弾性体のストッパが固着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おいて，
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最小単位になる３つの前記電機子コイルで構成すると共に駆動回路を前記スライド装置の外部に設け，前記電機子コイルは，前記テーブルのスライド方向に並設された扁平な形状に形成されて実質的に矩形状のコアレスコイルでなり，
前記界磁マグネットは，希土類磁石で構成されて前記電機子コイルに対応して５つ設けられ，
前記ベッド及び前記テーブルは，矩形板状に形成され，
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り，
前記界磁マグネットは，前記テーブルの略全長に渡って前記ベッドに対向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る磁極が並設された矩形板状でなると共に，前記テーブルの前記ベッドに対する前記ストロークの範囲は，前記テーブルの端部が前記電機子コイルのスライド方向両端の腕の中心を通り過ぎることがない範囲に設定されて前記テーブルの両端から前記電機子コイルが露出しない構成であり，前記電磁相互作用を最大限に働かせ前記テーブルの高推力を維持することが可能になっていることを特徴と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。
【請求項２】
前記界磁マグネットの両端部には，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を特徴とする請求項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，前記直動転がり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を特徴とする請求項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ていることを特徴とする請求項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を特徴とする請求項４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が設けられており，前記ベッドの前記テーブルのスライド方向両端部には，前記界磁マグネットの両端の前記磁極を検出するリミットセンサ及び前記原点マークを検出する原点前センサが設けられていることを特徴とする請求項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。
【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】
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，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。
【０００６】
従来のスライド装置の一例が，図１４及び図１５に示されている。図１４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１５は図１４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。
【０００７】
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。
【０００８】
スライド装置５１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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【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，電機子コイルの通電方式，界磁マグネットの素材，高い分解能を持つエンコーダの選択，及びセンサコードの固定化等の構造について，スライダの作動を軽快にして，簡単化，コンパクト且つ軽量に構成して，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点で解決すべき課題がある。
【００１４】
【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，スライド装置の電機子コイルの通電方式，界磁マグネットの素材，高い分解能を持つエンコーダの選択，及びセンサコードの固定化等の構造について，ベッドの構造を更に薄肉構造にして装置全体の断面高さを抑えて，簡単化，コンパクト且つ軽量に構成し，スライダの作動を軽快にし，スライダのベッドに対する高速作動性，応答性を更に向上して，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可能な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を提供することである。
【００１５】
この発明は，磁性材料から成るベッド，前記ベッドに固設された一対の軌道レールと前記軌道レールに摺動自在に跨架してなる２つずつのスライダとから成る直動転がり案内ユニットを介して前記スライダに固着され且つ前記ベッドの長手方向にスライド自在に設けられた磁性材料から成るテーブル，前記テーブルに配設された界磁マグネット，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，前記ベッドの前記長手方向の両端部には，前記テーブルがストロークの範囲を大きく逸脱して前記ベッドから外れることを防止する規制部材が固設され，且つ前記テーブルに対向する前記規制部材の端面に弾性体のストッパが固着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おいて，
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最小単位になる３つの前記電機子コイルで構成すると共に駆動回路を前記スライド装置の外部に設け，
前記電機子コイルは，前記テーブルのスライド方向に並設された扁平な形状に形成されて実質的に矩形状のコアレスコイルでなり，
前記界磁マグネットは，希土類磁石で構成されて前記電機子コイルに対応して５つ設けられ，
前記ベッド及び前記テーブルは，矩形板状に形成され，
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り，
前記界磁マグネットは，前記テーブルの略全長に渡って前記ベッドに対向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る磁極が並設された矩形板状でなると共に，前記テーブルの前記ベッドに対する前記ストロークの範囲は，前記テーブルの端部が前記電機子コイルのスライド方向両端の腕の中心を通り過ぎることがない範囲に設定されて前記テーブルの両端から前記電機子コイルが露出しない構成であり，前記電磁相互作用を最大限に働かせ前記テーブルの高推力を維持することが可能になっていることを特徴と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に関する。
【００１６】
こ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によれば，電機子コイルに通電すると，界磁マグネットは，界磁マグネットが生じさせる磁束と電機子コイルに流れる電流との電磁相互作用によりコイルヨークを兼ねるベッドに対して直動案内ユニットを介して，マグネットヨークを兼ねるテーブルと共にスライドする。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，エンコーダは，リニアスケールを光学式リニアスケールとし光センサを用いる光学式エンコーダであり，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，電機子コイルが３相通電方式にされているので，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。また，界磁マグネットとして希土類磁石（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。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。
【００１７】
電機子組立体を最小単位でなる３つの電機子コイルとし，界磁マグネットを５極配設した最小単位で構成しているので，スライド装置がコンパクトに構成される。ここで，例えば，界磁マグネットの磁極数を４極とすると，高推力を維持する範囲においてテーブルのストロークは一磁極分短くなってしまう。また，界磁マグネットの両端の磁極が異なるので，ホールＩＣ，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し，煩雑・面倒になる。また，界磁マグネットの磁極数を６極とすると，高推力を維持する範囲においてテーブルのストロークは一磁極分長くなるがテーブルの長さを一磁極分長くし，さらにベッドの長さも長くしなければならないので装置が大きくなる。これに対して，本発明によれば，高推力を維持する範囲が実用上，充分に確保され，更に，界磁マグネットの両端の磁極が同極であるので，ホールＩＣ，リミットセンサ及び原点前センサの設定が簡単となり，機能的でコンパクトな構成となるスライド装置が実現される。
【００１８】
前記テーブルの前記ベッドに対するストロークは，前記テーブルの端部が前記電機子コイルのスライド方向両端の腕の中心を超えて前記電機子コイルの内部側に移動することがない範囲に設定されている。即ち，テーブルは，電機子コイルの両端から外れることなく電機子コイル間内をスライドするので，界磁マグネットの磁束に対して，電機子コイルに通電される電流に最大限の相互作用を働かせることが可能になり，テーブルの高推力を維持することが可能になる。
【００１９】
前記界磁マグネットの両端部には，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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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が設けられており，前記ベッドの前記テーブルのスライド方向両端部には，前記界磁マグネットの両端の前記磁極を検出するリミットセンサ及び前記原点マークを検出する原点前センサが設けられている。リミットセンサ及び原点前センサが，界磁マグネットの端部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。
【００２４】
【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。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９に示すように，鋼製であって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機器（通常，固定側，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及び図４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平坦な構造に構成されている。
【００２５】
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。
【００２６】
スライド装置１において，図３及び図４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３つの電機子コイル１２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６の下面には，可動子として，矩形板状に形成された５極の永久磁石の界磁マグネット１３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の内部ではなく外部に設けられている。ベッド２に対するテーブル６の位置検知をするために，テーブル６の下面の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とからなる光学式エンコーダ１４が配設されている。
【００２７】
スライド装置１は，図１に示されるように，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が六角孔付きのボルト等の固着手段に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の場合と同様の固着手段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への電力供給用の電源コードや検知素子の信号コード２１と，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にはコントローラが接続されており，コントローラは，センサコード２２を介して検出した位置情報に基づいて信号コード２１を通じてモータ駆動用の電力を供給する。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，スライダ６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。
【００２８】
図５及び図６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５極の磁極２４が密に配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り，両端部の下面の磁極がＮ極に設定されている。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。
【００２９】
界磁マグネット１３の両端には，磁束漏れ防止用の鋼製でなる端板２５が配設されている。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に近接するものへの磁界の影響を防止するものである。端板２５の幅は電機子コイル１２の腕の幅ｄ（図７）の半分程度（２．５ｍｍ幅）であり，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，長手方向に光学式のリニアスケール１５が貼着されており，反対側においては，センサ１６の側面に対向するように（図３）Ｌ字状金具２７に取り付けられ且つテーブル３の下面に垂直になった状態でリニアスケール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。
【００３０】
電機子組立体１０は，図７，図８及び図９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，最小単位の３相でなる３つの扁平な電機子コイル１２とから構成されている。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。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とからなっている。コイル基板１１には，各電機子コイル１０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素子になっている。
【００３１】
コイル基板１１には，また，下面の一側部の両端部において，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３５が固設されている。このリミットセンサ３５は，ここでは界磁マグネット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になっている。また，一方のリミットセンサ３５のスライド方向の手前に隣接して原点前センサ３６が固設されている。原点前センサ３６は，界磁マグネット１３の端部のＮ極を検知し，テーブル３の原点マーク２８がセンサ１６の側部に内蔵されている原点に合致すべくテーブル３を減速させるための検知素子になっている。また，コイル基板１１の下面３１には，電機子コイル１２の電源コード，並びにホールＩＣ３４，リミットセンサ３５及び原点前センサ３６の信号コード２１と配線する端子３７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。
【００３２】
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が配設されている。
【００３３】
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がスライド自在に位置決め駆動される。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のスライド方向の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。
【００３４】
図１０は，上記スライド装置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。スライド装置１の作動例が図１１〜図１３に示されている。図１１は，テーブル３が左端から右行可能な状態（上段）と，右端から左行可能な状態（下段）とを示している。ここで，テーブル３は，テーブル３の右側の端部３ａが電機子コイル１２の右側の端部の腕１２ａの中心から外れることがないように，またテーブル３の左側の端部３ｂが電機子コイル１２の左側の端部の腕１２ｂの中心から外れることがないように設定されている。即ち，テーブル３は，電機子コイル１２の両端の腕１２ａ，１２ｂから外れることなく，電機子コイル１２間内をスライドすることができる。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になっている。
【００３５】
図１２及び図１３は，それぞれ，テーブル３が任意の位置で，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が左行する状態を示している。図１３は，左端の電機子コイル１２は界磁マグネット１３の磁極２４の境に位置しており，この場合は電流がゼロになっている。図１２では電機子コイル１２の６本の腕が通電され，図１３では４本の腕が通電されているが，各磁極２４の中央部が磁束密度が大きくなっていて電流量も磁極２４の位置に合わせて変化しているので，電機子コイル１２の腕の数に依らず同一の高推力を維持することができる。なお，高推力を維持しないのであれば，テーブル３のストロークを，図１２及び図１３に示すストローク以上として，一部の電機子コイル１２の腕が磁極２４の外側まで外れるようなストロークに設定しても構わない。
【００３６】
図１３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のコイルピッチ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Ｌｍ（図５）は，電機子コイル１２の長さ中心間Ｌｐ（図７）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（図１１）＝２５ｍｍとなっている。界磁マグネット１３の長さＬｆ＝７５ｍｍであり，両端の端板２５の幅２．５ｍｍを加算して，テーブル３の長さＬｔ＝８０ｍｍである。また，スライド装置１は，高さＨ（図３）＝１４ｍｍ，長さＬ（図１）＝１４５ｍｍ，幅Ｂ（図１）＝６０ｍｍになっている。
【００３７】
【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，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。更に，電機子組立体において，電機子コイルを最小単位でなる３つの電機子コイルとし，界磁マグネットを５極配設したので，実用上，最小単位でなるコンパクトなスライド装置を提供することができる。
【００３８】
また，テーブルのベッドに対するストロークは，テーブルの端部が電機子コイルのスライド方向両端の腕の中心を超えて電機子コイルの内部側に移動することがない範囲に設定されている。即ち，テーブルは，電機子コイルの両端から外れることなく電機子コイル間内をスライドするので，界磁マグネットの磁束に対して，電機子コイルに通電される電流に最大限の相互作用を働かせることができ，テーブルの高推力を維持することができる。
【００３９】
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ド装置は，スライド装置として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コイル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からテーブルを外した分解図である。
【図５】  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６】  図５に示すテーブルの左側面図である。
【図７】  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８】  図７に示すコイル基板の正面図である。
【図９】  図７に示すコイル基板の背面から見た平面図である。
【図１０】  図１に示したスライド装置の電機子コイルに供給される電流の時間的変化を示すグラフである。
【図１１】  図１〜図９に示すスライド装置のテーブルが左端から右行可能な状態と，右端から左行可能な状態とを示す作動説明図である。
【図１２】  図１〜図９に示すスライド装置の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テーブルが左行する状態を示す作動説明図である。
【図１３】  図１２と同様のテーブルが左行する状態を示す作動説明図である。
【図１４】  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１５】  図１４に示す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
３ａ，３ｂ  テーブルの端部
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  電機子コイルの端部の腕
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
２４  磁極
２８  原点マーク
３０  下面
３１  下面
３２  巻線
３３  芯部
３５  リミットセンサ
３６  原点前センサ
Ｓｔ  ストローク
【図１】
0004104810.tif 000002
【図２】
0004104810.tif 000003
【図３】
0004104810.tif 000004
【図４】
0004104810.tif 000005
【図５】
0004104810.tif 000006
【図６】
0004104810.tif 000007
【図７】
0004104810.tif 000008
【図８】
0004104810.tif 000009
【図９】
0004104810.tif 000010
【図１０】
0004104810.tif 000011
【図１１】
0004104810.tif 000012
【図１２】
0004104810.tif 000013
【図１３】
0004104810.tif 000014
【図１４】
0004104810.tif 000015
【図１５】
0004104810.tif 000016