JPS5822587A - 磁気浮上案内機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相対移動自在な基準軸と電磁石固定体を磁気吸
引力によって非接触状態に保つ磁気浮上案内機構に関す
る。

従来から工作機械や情報通信装置の記憶装置、例えば磁
気ディスク装置、光デイスク装置においては、正確な位
置決めを行なう案内機構が用いられている。この案内機
構としてはその性能を低下させる摩擦力を可能な限り小
さくする必要があシ、そのため油圧や空気圧によって可
動体を金属接触無しに支える構造の軸受を用いたものが
実用化されている。

しかし、斯かる案内機構の軸受はコンプレッサーや配管
系の保守作業が重要であシ、信頼性を左右する大きな要
因となっている。また、この種の案内機構は高精度な位
置決めを必要とする集積回路の加工装置にも使用される
が、かかる加工装置においては塵埃を極度に嫌うため、
潤滑媒体の使用には細心の注意を払う必要があシ、しか
も真空中での加工作業のため空気軸受を用いた案内機構
の使用が不可能な場合も生じる。

そこで、最近ではこのような不都合を解決する手段とし
て第１図に示す磁気浮上案内機構が提案されている。す
なわち、１け可動体、ｌｊ案内で、可動体１はその上下
面に、磁極面を斜線で示す、例えば４個の電磁石３〜６
がそれぞれ配設され、両側面に同じく磁極面を斜線で示
す例えば２個の！ｉ石７，８がそれぞれ配設されること
によシ合計１２個の電磁石を備えている。この場合、上
面と下面および左側面と右側面の電磁石同士は対称々位
置に配設され、かつ個々の電磁石３，４．５・・・は案
内２との隙間を検出する検出器９（但し図においては電
磁石３に対してのみ示す）を備えている。各電磁石３．
４．５・・・・・のコイル電流は付随する検出器９から
の信号によって制御され、この時の磁気吸引力により可
動体１を案内２１Ｃ対して非接触状態で支持し、案内２
との隙間を一定に保つ。

そして、可動体１はリニアモータ（図示せず）等の手段
による駆動力によって移動軸１０の方向に動かされる。

このよう々磁気浮上案内機構によれげ可動体１を案内２
に対して非接触に支持することができ、前述した潤滑媒
体を使用する案内機構の欠点を除くことができ、また可
動体１の上下面、すなわち重力方向の面に夫々４個の電
磁石を対称に配置し、軸受剛性を大きくしているので、
電磁石の吸引力によって非接触に拘束されている方向に
外乱が作用しても案内２との隙間の変動を小さく抑える
こ３− とが可能となる。

しかし、このような磁気浮上案内機構は電磁石３．４．
５・・・・・の数が多く、かつ基準となる案内面が上下
、左右の４面で、それぞれを別々に精度高く仕上ける必
要があるため、コストアンプの原因となり、未だ改良の
余地があった。

本発明はかかる従来の欠点に鑑みてなされたもので、浮
上機能を坦う季素数を可能な限シ少なくすることによシ
構造簡易にして安価に製造でき、また可動体を確実に非
接触支持し、安定に案内し得るようにした磁気浮上案内
機構を提供するものであシ、その特徴とするところは、
一対の平行な基準軸と、各基準軸に振９分けられ、かつ
夫々が各基準軸に対して対向する少なくとも６個の電磁
石および少なくとも５個の変位検出器を有する電磁石固
定体とを備え、基準軸と電磁石固定体とを相対帳移動す
る如く配置し、−磁石の磁気吸引力によって基準軸と電
磁石固定体とを非接触状態に保つようにしたことにある
。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳４− 細に説明する。

第２図は本発明に係る磁気浮上案内機構の第１実施例を
示す斜視図、第３図は同機構の正面図、第４図は同機構
の右側面図である。これらの図において、２０．２１は
断面形状が同一で、それぞれ二等辺三角形もしくは正三
角形に形成された一対の基準軸で、これらの基準軸２０
．２１は上下方向に一定の間隔をおいて平行に配設され
固定体を構成している。上方の基準軸２０は下方の基準
軸２１と対向するように上下逆に配置されている。

一対の基準軸２０．２１の間には可動体を構成する電磁
石固定体２２が後述する電磁石の磁気吸引力によって基
準軸２０．２１と非接触状態を保って配設されている。

この電磁石固定体２２は、２久 ３個の電磁石部材２４Ａ　、　２４Ｃと、これら電磁石
部材２４Ａ　、　２４Ｂ　、　２４Ｃを一体的に結合す
る左右一対の結合部材２５Ａ　、　２５Ｂとを備え、各
電磁石部材２４Ａ。

２４Ｂ　、　２４Ｃはそれぞれ略Ｖ字形に形成された継
鉄１２４ｍ　、１２４ｂ＋　１２４ａと、これら継鉄１
２４ｍ　、　１２４ｂ　。

１２４ｃの両端コ字部に励磁コイル２６＆〜３１Ｎを巻
回して形成される一対の電磁石２６と２１，２８と２９
．３０と３１とでそれぞれ構成されている。

そして、各電磁石部材２４Ａ　、　２４Ｂ　、　２４Ｃ
は継鉄１２４＆　。

１２４ｂ　、　１２４ｃの屈曲部において電磁石固定体
２２の移動方向、すなわち基準軸２０．２１の軸線方向
（２方向）に重ねられ、かつ前後２つの電磁石部材２４
Ａ　、　２４Ｃが上方の基準軸２０．２１を下方から挾
む如く継鉄１２４ａ　、　１２４ｃの屈曲部を下にして
配置され、中央の電磁石部材２４Ｂが下方の基準軸２１
を上方から挾む如く継鉄１２４ｂの屈曲部を上にして配
置される。なお、第２図および第４図は構成を分り易く
するため、結合部材２５Ａ　、　２５Ｂを省略して示し
ている。

電磁石部材２４Ａ　、　２４Ｃに設けられた一対の電磁
石２６と２７および２８と２９は、その磁極面が基準軸
２０の各斜面と対向し、電磁石部材２４Ｂ　Ｋ設けられ
た一対のＪｗＬｉ石３０石工０３１は、その磁極面が基
準軸２１の各斜面と対向している。このため、基準軸２
０．２１の前方から見て左右にそれぞれ３個の電磁石２
７，２９．３１および２６゜２８．３０が配置され、対
をなす左右の電磁石２６と２７．２８と２９および３０
と３１同士の磁気吸引力の方向３７．３８は第３図に示
すように一定の角度で交差している。

前記電磁石固定体２２には前述した６個の電磁石２６〜
３１に加えて５個の変位検出器３２〜３６がこれら電磁
石２６〜３１の配置とほぼ対称的に配設されている。こ
れら５個の変位検出器３２〜３６はそれぞれ円柱状に形
成され、その一つの変位検出器３２が電磁石２６と２８
の間の空間に配置され、残り４つの変位検出器３３〜３
６が電磁石３０と３１の両側に配設されている。各電磁
石２６〜３１の励磁コイル２６１〜３１ａに供給される
コイル電流は制御装置（図示せず）により前記変位検出
器３２〜３６の信号によって制御され、これによって電
磁石２６〜３１と基準軸２０．２１との間の隙間３９を
二定に保ち、電磁石固定体２２を基準軸２０．２１に対
して非接触に支持している。

すなわち、本発明においては第２図に示すように電磁石
固定体２２の移動方向（２方向）を除くｘ、ｙの２方向
の移動と、θ、φ、１の３方向の回転の自由度を非接触
状態で安定に拘束する機能を最少６個の電磁石２６〜３
１で実現したものである。しかも、本発明の磁気浮上案
内機構は重力方向について上下両方向に磁気吸引力を作
用させているので、電磁石固定体２２を重力に無関係に
非接触状態で支持し得、したがって１ｇ以上の加速度が
外力によって作用しても、非接触支持機能が何ら損われ
ることはない。なお、軸受剛性を１川上させるために電
磁石の数を増加させることは勿論可能であり、その場合
には変位検出器の数を電磁石の数の増加に伴って増加さ
せればよい。

第５図〜第８図は本発明の第２実施例を示すもので、第
５図は斜視図、第６図は正面図、第７図は左側面図、第
８図は右側面図である。本実施例においては前後２個の
電磁石部材２４Ａ　、　２４Ｃを基準軸２０．２１の右
側に、中央の電磁石部材２４Ｂを基準軸２０．２１の左
側に位置させて重ね合せたものである。そのため、本実
施例では４個の電磁石２６，２７，２９．３０と１個の
変位検出器３２が基準軸２０．２１の右側に配置され、
残り２個の電磁石２８．３１と４個の変位検出器３３〜
３６が基準軸２０．２１の左側に配設されている。なお
、基準軸２０を挾んで対向する電磁石２６　、２７と２
８および基準軸２１を挾んで対向する電磁石２９．３０
と３１の磁気吸引力の方向３７．３８は上記第２実施例
と同様一定の角変で交差している。また、この場合にお
いては対をなす電磁石２６゜２９と継鉄１２４＆とで電
磁石部材２４Ａを構成し、同様に電磁石２８．３１およ
び継鉄１２４ｂとで電磁石部材２４Ｂを、そして電磁石
２７．３０と継鉄１２４Ｃとで電磁石部材２４Ｃをそれ
ぞれ構成している。

このような構成においても電磁石固定体２２を非接触状
態で支持し得ることは明らかであろう。

第９図および第１０図は本発明の第３実施例を示す斜視
図および正面図である。本実施例においては一対の基準
軸２０．２１の断面形状を異ならすと共に電磁石部材２
４Ａ　、　２４Ｂ　、　２４Ｃｆ傾けてその上下端部を
それぞれ基準軸２０．２１の中心軸４０に関し左右に位
置させたものである。このため、各電磁石部材２４Ａ　
、　２４Ｂ　、　２４Ｃの対をなす電磁石２６と３０．
２８と２Ｂおよび２Ｔと３１はそれぞれ基準軸２０．２
１の反対側に位置され、これによって中心軸４０の左右
にそれぞれ３個の電磁石２８．３０．３１および２６，
２７．２９が配置され、その磁極が各基準軸２０．２１
の斜面に対向している。この場合、第１Ｏ図に示すよう
に基準軸２０に対向する電磁石２６の磁気吸引力の方向
３７と基準軸２１に対向する電磁石３０の磁気吸引力の
方向４１とは平行でないように配置する必要があり、従
って基準軸２０の電磁石２６が対向する斜面と、基準軸
２１の電磁石３０が対向する斜面とは平行であってはな
らない。

すなわち、基準軸２０．２１にそれぞれ３個の電磁石が
対向配置され、かつ基準軸２０．２１の左右についても
各３個の電磁石が配置される第３実施例においては、上
述した制約のある構成にしなければ、安定な浮上状態が
得られず、このことは理論的に証明され得る。なお、前
記第１および第２実施例においては電磁石２６〜３１の
配置が異なるため、このような制約を受けることはない
。

第１１図は本発明の第４実施例を示す要部拡大正面図で
ある。本実施例は複数枚のけい累鋼板を電磁石固定体２
２の移動方向に重ね合せて基準軸２０を形成し、かつこ
の基準軸２０のインダクタンス形の変位検出器３２が対
向する表面部分、すなわち「コＪ字形電磁石２６の継鉄
の磁極間に対向する部分に、該基準軸２０の全長に亘っ
て延在する長尺板状の電気良導体４２を埋込配置したも
のである。

可動体としての電磁石固定体２２はリニアモータ、ボイ
スコイルモータ（図示せず）等の駆動手段によって移動
され得るが、磁性体の基準軸２゜が通常の鉄のような良
導体であると、電磁石２６の磁束が通ってい４ために、
これが相対的に動くと、基準軸２０の面上に渦電流が発
生し、これと磁束作用で電磁石固定体２２の移動方向の
駆動力に対し速度に比例したブレーキ力が発生し、高速
駆動に対し障害となり、性能を低下させる。そこで、上
述した通り電磁石固定体２２の案内面を構成する基準軸
２０をけい素鋼板の積層体あるいは軟磁性フェライト材
とすることにより渦電流を無くし、前述の性能低下を縞
ぎ得る。但し、この場合には磁気浮上機能のための変位
検出に比較的安価でかつ入手の容易なインダクタンス変
化形の変位検出器が使用できなぐ々る不都合を有し、こ
れを解決すべく前記電気良導体４２が基準軸２０に設け
られる。

第１２図および第１３図は本発明の第５実施例を示す斜
視図および正面図である。本実施例は円柱体からなる一
対の基池軸４３．４４を使用したものである。円柱体か
らなる基準軸４３．４４はその直径、母線の平坦性を比
較的容易にかつ精度高く加工することができ、かつ軸間
距離を正確に定めて組立てることができる利点を有する
ため、高精度な磁気浮上案内機構を得るに適した構造と
云える。なお、電磁石２６〜３１および変位検出１３− 器３２〜３６は第２図〜第４図に示した第１実施例と同
様に配置されるため、その説明を省略する。

第１４図は本発明の第６実施例を示す斜視図である。本
実施例は円柱体からなる一対の基準軸４３゜４４を用い
、第５図〜第８図に示した第２実施例と同様に電磁石２
６〜３１および変位検出器３２〜３６を配置したもので
ある。

第１５図はさらに本発明の第７実施例を示す斜視図で、
円柱体からなる一対の基準軸４３．４４を用い、第９図
および第１０図に示した第３実施例と同様に電磁石２６
〜３１と変位検出器３２〜３６を配置したものである。

なお、本発明においては全ての実施例において一対の基
準軸２０．２１を固定体とし、電磁石２６〜３１および
変位検出器３２〜３６を備えたＮ？ａ石固定体２２を可
動体とした場合について説明したが、これらは相対的に
動かすことが可能であるから、逆に一対の基準軸２０．
２１に可動体とし、１に磁石固定体２２を固定体として
も全く同一の機能を得ることができることは勿論である
。また、その決定に際しては比較的複雑な構造の方を固
定体とすることにより、軽量化や配線等についての制約
を取シ除くことができる有利さも得られる。

以上説明したように本発明に係る磁気浮上案内機構は、
浮上機構を坦う電磁石と変位検出器を最少個数にするこ
とが可能であるから、部品点数および電磁石電流の制御
装置の削減、製造１組立て時間の短縮に役立ち、かつ精
胚の高い部品形状の使用が可能で、安定性に優れ、性能
の高い磁気浮上案内機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｆｉ磁気浮上案内機構の従来例を示す概略構成図
、第２図は本発明に係る磁気浮上案内機構の第１実施例
を示す斜視図、第３図はその正面図、第４図はその右側
面図、第５図〜第８図は本発明の第２実施例を示す斜視
図、正面図、左側面図および右側面図、第９図および第
１””０図は本発明の第３実施例を示す斜視図および正
面図、第１１図は本発明の第４実施例を示す要部拡大正
面図、第１２図および第１３図は本発明の第５実施例を
示す斜視図および正面図、第１４図は本発明の第６実施
例を示す斜視図、第１５図は本発明の第７実施例を示す
斜視図である。 ２０．２１・・・・基準軸、２２・・・・電磁石固定体
、２４Ａ〜２４Ｃ・・・・電磁石部材、２５Ａ。 ２５Ｂ・・・・結合部材、２６〜３１・・・・電磁石、
２６ａ〜３１＆−・拳・励磁コイル、３２〜３６・・・
・変位検出器、３７，３８．４１・・・・磁気吸引力の
方向、４２・・・・電気良導体、４３゜４４・・・・円
柱体からなる基準軸、１２４ａ〜１２４ｃ・・・・継鉄
。 特許出願人　日本電信電話公社 代　理　人　　山　　川　　　政　　　樹第３図 ＠４図 第５図 ２６　　　２８ 第７弱 第１０囚 第１１図 ＠９図 ４８７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）平行に配設された一対の基準軸と、各基準軸に振
   り分けられ、かつ夫々が各基準軸に対して対向する少な
   くとも６個の電磁石および少なくとも５個の変位検出器
   を有する電磁石固定体とを具備してなり、前記一対の基
   準軸と電磁石固定体とは基準軸の軸線方向に相対移動す
   る如く配設されることによシいずれか一方が可動体を構
   成し、各基準軸に対向して配設される電磁石はその対向
   する基準軸への磁気吸引力が同一基準軸に対向して配置
   される他の電磁石の磁気吸引力の方向と交差する如く配
   置され、前記電磁石のコイル電流を前記変位検出器の信
   号によって制御することにより一対の基準軸と電磁石固
   定体を非接触状態に保つことを特徴とする磁気浮上案内
   機構。 （２１基準軸に対向する少なくとも５個の変位検出器を
   少なくとも６個の電磁石の配置と対称的にこれら電磁石
   が存在しない空間に配置したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の磁気浮上案内機構。 （３１基準軸がけい素凋板の積層体で構成され、電磁石
   の継鉄形状がコ字形で、その二つの磁極面の間に対応す
   る前記基準軸の面上にインダクタンス変化を検出する変
   位検出器用の電気良導体を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項脣たけ第２項記載の磁気浮上案内機構
   。 （４）基準軸が円柱体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第２項または第３項記載の磁気浮上案内
   機構。