JP2004312956A

JP2004312956A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2004312956A
Application number: JP2003106665A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Yoshida; 秀作吉田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】リニアアクチュエータの体格を大きくすることなく、摺動抵抗の低減、安定を図ると共に直動軸受ユニットの剛性を向上させることができ、分解能の高いリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】交互に極性が異なるように直線状に隣り合わせに並べて配置した複数の永久磁石４よりなる界磁を固定子とし、界磁と磁気的空隙を介して対向配置される電機子巻線８Ａ、８Ｂを有した電機子を可動子として構成するリニアアクチュエータであって、可動子が固定子１の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する可動子２Ａと可動子２Ｂより構成されると共に、直動軸受ユニットが、該２つの可動子２Ａ、２Ｂの夫々を互いに独立して案内支持するスライダ９Ａとガイドレール５Ａよりなる直動軸受ユニットと、スライダ９Ｂとガイドレール５Ｂよりなる直動軸受ユニットより構成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械に使用されると共に、対象物のチャッキングやハンドリングおよびその搬送、装着を行うための駆動装置として用いられるリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械に使用されると共に、対象物のチャッキングやハンドリングおよびその搬送、装着を行うための駆動装置として用いられるリニアアクチュエータが実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９８８７３号公報
【０００４】
以下、従来技術に電機子を可動子とし、界磁を固定子とするムービングコイル形のリニアアクチュエータの例を用いて、その概要を図に基づいて説明する。
図３は従来技術のリニアアクチュエータを示す正面図である。
２１は固定子、２２Ａ、２２Ｂは可動子、２３は固定子枠体、２４は永久磁石、２５はガイドレール、２６はリニアセンサ、２７Ａ、２７Ｂは可動子枠体、２８Ａ、２８Ｂは電機子巻線、２９はスライダ、３０はリニアスケール、３１Ａ、３１Ｂはチャッキング爪である。そして、Ｌ１は可動子の幅、Ｌ２はモータの全幅、Ｌ３はスライダの幅を示している（何れもスライド方向）。なお、ガイドレール２５とスライダ２９とで直動軸受ユニットを構成している。また、リニアセンサ２６とリニアスケール３０で磁気式リニアエンコーダを構成している。
固定子２１は、非磁性材料で形成されて略Ｔ字状断面を有した固定子枠体２３と、該固定子枠体２３の脚部の両側面に面した位置に配置した永久磁石２４とより構成されている。永久磁石２４は磁石の隣り合うもの同士の極性が交互に異なるように配置されている。
図４は図３のリニアアクチュエータを矢視Ａから見た側面図であり、可動子は１つの構成のみを示している。可動子２２Ａ、２２Ｂは、可動子枠体２７Ａ、２７Ｂが固定子２１の両側面を挟み込むように構成されており、固定子２１に設けた永久磁石２４と磁気的空隙を介して対向するように可動子枠体２７Ａ、２７Ｂの内側に電機子巻線２８Ａ、２８Ｂを有している。可動子２２Ａ、２２Ｂは、図に示すように固定子２１に対して２個１組の直動軸受ユニットで支持されており、この直動軸受ユニットのガイドレールは２つの可動子を共有する。したがって、可動子の幅をＬ１、モータの全幅をＬ２とした場合、Ｌ１＝（Ｌ２−ストローク）／２の関係となる。
このような構成において、本リニアアクチュエータは各々の可動子に独立したリニアセンサ２６を装備しているため、各々の可動子の制御を独立して行うことにより、異なった寸法の対象物のチャッキング、ハンドリングおよびその状態での搬送が可能である。また、そのチャッキング力も任意に制御することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では次のような問題があった。
（１）従来技術のリニアアクチュエータは１つの可動子を２個１組の直動軸受ユニットで支持しているため、お互いの直動軸受の調整が難しく摺動抵抗が増大し、安定しない。
（２）直動軸受ユニットをどちらか一方のみにしてしまうと直動軸受の剛性が半減してしまい、チャッキング時の可動子の変位量が大きくなってしまい、解放、装着時の位置ずれとなる。
（３）固定子に対する可動子のスライド方向の位置を検出するためのエンコーダに磁気式エンコーダを採用したが、高速、高精度な位置決めが要望されていることから、分解能の高いエンコーダが必要である。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、リニアアクチュエータの体格を大きくすることなく、摺動抵抗の低減、安定を図ると共に直動軸受ユニットの剛性を向上させることができ、分解能の高いリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、交互に極性が異なるように直線状に隣り合わせに並べて配置した複数の永久磁石よりなる界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置される電機子巻線を有した電機子を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として構成し、固定子に対して可動子を直動軸受ユニットにより案内支持して相対的に走行するリニアアクチュエータであって、前記可動子は、前記固定子の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する第１可動子と第２可動子より構成され、前記直動軸受ユニットは、前記２つの可動子の夫々を互いに独立して案内支持する第１直動軸受ユニットと第２直動軸受ユニットより構成されたものである。
請求項２の本発明は、請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、前記固定子に対する前記第１可動子と前記第２可動子の夫々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２つの可動子の夫々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固定子に配設されて前記光学式リニアスケールを検出するリニアセンサとから構成される光学式エンコーダとしたものである。
【０００８】
上記手段により、固定子１の両側面に独立して配置された２つの可動子２Ａ、２Ｂは夫々、スライダ９Ａとガイドレール５Ａからなる直動軸受ユニット、スライダ９Ｂとガイドレール５Ｂからなる直動軸受ユニットで案内支持されるため、複数軸受の相互調整が不要であり安定した摺動抵抗を得ることができる。また、夫々の２つの可動子可動子２Ａ、２Ｂは固定子１の両側面に設けた構成のためお互いの干渉が無く、従来の有効ストロークを得るために可動子の幅Ｌ１を２倍に増やすことが可能である。従って、同一呼び番号の直動軸受ユニットであっても、可動部であるスライダの幅Ｌ３寸法が長いものを選択することにより、リニアアクチュエータの体格を大きくすることなく、可動子剛性の大幅な向上が可能である。
なお、当社で評価したある軸受メーカのカタログ値で比較すると従来技術の場合、呼び番号９で２つの直動軸受ユニットで案内支持したとしても基本静定格荷重は３０８０［Ｎ］である。それに対し、本発明の場合、同一軸受呼び番号でも、基本静定格荷重４１８０［Ｎ］の直動軸受ユニットを選択することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１に本発明のリニアアクチュエータの正面図、図２は図１のリニアアクチュエータを矢視Ａから見た側面図である。
図１及び図２において、１は非磁性材からなる固定子、２Ａは可動子、２Ｂは可動子、３は固定子枠体、４は永久磁石、５Ａ、５Ｂはガイドレール、６Ａ、６Ｂはリニアセンサ、７Ａ、７Ｂは可動子枠体、８Ａ、８Ｂは電機子巻線、９Ａ、９Ｂはスライダ、１０Ａ、１０Ｂはリニアスケール、１１Ａ、１１Ｂはチャック爪である。そして、Ｌ１は可動子の幅、Ｌ２はモータの全幅、Ｌ３はスライダの幅を示している（何れもスライド方向）。
本発明のリニアアクチュエータが、交互に極性が異なるように直線状に隣り合わせに並べて配置した複数の永久磁石４よりなる界磁と、界磁と磁気的空隙を介して対向配置される電機子巻線８Ａ、８Ｂを有した電機子を備え、ムービングコイル形の構成とした点は従来技術と基本的に同じである。
本発明が従来技術と異なる点は、可動子が固定子１の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する可動子２Ａと可動子２Ｂより構成されると共に、直動軸受ユニットが、該２つの可動子２Ａ、２Ｂの夫々を互いに独立して案内支持するスライダ９Ａとガイドレール５Ａよりなる直動軸受ユニットと、スライダ９Ｂとガイドレール５Ｂよりなる直動軸受ユニットより構成されている点である。
また、もう１つの異なる点は、固定子１に対する可動子２Ａと可動子２Ｂの夫々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いる点である。該エンコーダは、２つの可動子２Ａ、２Ｂの夫々に配設された光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂと該光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂに対向して固定子１に配設されて光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂを検出するリニアセンサ６Ａ、６Ｂとから構成される光学式エンコーダとしたものとなっている。
【００１０】
このような構成のリニアクチュエータは、図１に示すように可動子２Ａと可動子２Ｂの先端にオーバハングしたチャック爪１１Ａ、１１Ｂを装着すれば、従来同様に物のチャッキングやハンドリングが可能である。そして、該リニアクチュエータは、上位コントローラ、シーケンサ、および二つの可動子２Ａ、２Ｂの夫々の駆動に対応するためのドライバと組合わせて、システムが構成され、対象物のチャッキングやハンドリングおよびその搬送、装着用となるテーブルの駆動及び位置決めが制御される。
【００１１】
したがって、本発明の実施例に係るリニアクチュエータは、可動子が固定子１の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する可動子２Ａと可動子２Ｂより構成されると共に、直動軸受ユニットが、該２つの可動子２Ａ、２Ｂの夫々を互いに独立して案内支持するスライダ９Ａとガイドレール５Ａからなる直動軸受ユニット、スライダ９Ｂとガイドレール５Ｂからなる直動軸受ユニットより構成されるので、１つの可動子に対し１つの直動軸受で案内支持することから、直動軸受ユニット単体の精度がそのまま可動子の動きに反映され、摺動抵抗の低減、安定が可能である。
また、夫々の２つの可動子２Ａ、２Ｂは固定子１の両側面に独立して配置した構成のためお互いの干渉が無く、従来技術で説明した可動子の幅Ｌ１とモータの全幅Ｌ２の寸法関係は、Ｌ１＝Ｌ２−ストロークとなり、Ｌ１は従来技術の２倍を確保することができる。よって、従来同一ストロークを確保しつつ、可動子の幅Ｌ１が増えた分、スライダの幅Ｌ３寸法が長いものを選択することができ、可動子剛性の大幅な向上を図ることが可能である。可動子剛性の改善により、被チャッキング物の解放、装着の際の位置ずれを低減させることができる。
また、リニアクチュエータは、固定子１に対する可動子２Ａ、２Ｂの夫々のスライド方向の位置を検出するエンコーダを具備し、該エンコーダを、可動子２Ａ、２Ｂの夫々に配設された光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂと該光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂに対向して固定子に配設されて該光学式リニアスケール１０Ａ、１０Ｂを検出するリニアセンサ６Ａ、６Ｂとから構成される光学式エンコーダとしたので、従来の磁気式エンコーダに比べて分解能を向上することができる。
【００１２】
なお、本実施例では、固定子に永久磁石を有し、可動子に電機子巻線を有する電機子を配置した例を説明したが、その構成関係が逆であっても本発明の請求項の範囲である。また、固定子に対する二つの可動子の夫々のスライド方向の位置を検出するためのエンコーダに光学式リニアスケールとリニアセンサとから構成される光学式エンコーダを採用する例を説明したが、これに替えて、磁気式リニアスケールとリニアセンサとから構成される磁気式エンコーダを採用しても構わない。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果がある。
（１）請求項１記載のリニアクチュエータによれば、可動子が固定子の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する第１可動子と第２可動子より構成されると共に、直動軸受ユニットが、該２つの可動子の夫々を互いに独立して案内支持する第１直動軸受ユニットと第２直動軸受ユニットより構成されるため、１つの可動子に対し１つの直動軸受で案内支持することから、直動軸受単体の精度がそのまま可動子の動きに反映され、摺動抵抗の低減、安定が可能である。また、夫々の２つの可動子は固定子の両側面に独立して配置した構成のためお互いの干渉が無く、従来技術で説明した可動子の幅Ｌ１とモータの全幅Ｌ２の寸法関係は、Ｌ１＝Ｌ２−ストロークとなり、Ｌ１は従来技術の２倍を確保することができる。従って、従来同一ストロークを確保しつつ、可動子の幅Ｌ１が増えた分、スライダの幅Ｌ３寸法が長いものを選択することができ、可動子剛性の大幅な向上を図ることが可能である。可動子剛性の改善により、被チャッキング物の解放、装着の際の位置ずれを低減させることができる。
（２）請求項２記載のリニアクチュエータによれば、固定子に対する第１可動子と第２可動子の夫々のスライド方向の位置を検出するエンコーダを具備し、該エンコーダを、第１可動子、第２可動子の夫々に配設された光学式リニアスケールと該光学式リニアスケールに対向して固定子に配設されて該光学式リニアスケールを検出するリニアセンサとから構成される光学式エンコーダとしたため、従来の磁気式エンコーダに比べて分解能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すリニアアクチュエータの正面図である。
【図２】図１のリニアアクチュエータを矢視Ａから見た側面図である。
【図３】従来技術のリニアアクチュエータを示す正面図である。
【図４】図３のリニアアクチュエータを矢視Ａから見た側面図である。
【符号の説明】
１固定子
２、２Ａ、２Ｂ可動子
３固定子枠体
４永久磁石
５、５Ａ、５Ｂガイドレール（直動軸受ユニット）
６、６Ａ、６Ｂリニアセンサ
７Ａ、７Ｂ可動子枠体
８Ａ、８Ｂ電機子巻線
９、９Ａ、９Ｂスライダ（直動軸受ユニット）
１０、１０Ａ、１０Ｂリニアスケール
１１Ａ、１１Ｂチャッキング爪

Claims

交互に極性が異なるように直線状に隣り合わせに並べて配置した複数の永久磁石よりなる界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置される電機子巻線を有した電機子を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として構成し、固定子に対して可動子を直動軸受ユニットにより案内支持して相対的に走行するリニアアクチュエータであって、
前記可動子は、前記固定子の両側面の外側の夫々に互いに独立して移動する第１可動子と第２可動子より構成され、
前記直動軸受ユニットは、前記２つの可動子の夫々を互いに独立して案内支持する第１直動軸受ユニットと第２直動軸受ユニットより構成されたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記固定子に対する前記第１可動子と前記第２可動子の夫々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２つの可動子の夫々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固定子に配設されて前記光学式リニアスケールを検出するリニア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記載のリニアアクチュエータ。