JP2000014120A

JP2000014120A - 直線移動装置

Info

Publication number: JP2000014120A
Application number: JP10168849A
Authority: JP
Inventors: Takumi Osanai; 拓巳小山内; Yasushi Ito; 靖伊藤; Akira Irie; 明入江
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: JP3850555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】直線移動装置において、移動体の剛性を変え
ずにリニアモータの推力を大きくする。【解決手段】直線移動装置２８は、物体を支持する物
体支持面３ａが形成された移動体３を基体１０に対して
直線往復移動可能に支持する直線案内手段２と、移動体
に設けられて、対向する垂直な内面３２ａ，３２ｂを有
する枠体３２と、基体１０に設けられて、枠体の１対の
内面３２ａ，３２ｂ間に位置する柱状体３３と、枠体の
一方の内面３２ａとこの一方の内面３２ａに対向する柱
状体の側面３３ａとの間に備えられた第１のリニアモー
タ３０と、枠体の他方の内面３２ｂとこの他方の内面３
２ｂに対向する柱状体の側面３３ｂとの間に備えられた
第２のリニアモータ３１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、プリント
基板孔明機のテーブルを移動させるのに好適な直線移動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直線移動装置は、例えば、図３に
示すプリント基板孔明機に組み込まれている。図４は図
３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【０００３】ベッド１には、テーブル用の直線案内装置
２によってテーブル３が前後動可能に設けられている。
直線案内装置２は、軌道２ａとベアリング２ｂとから構
成されている。軌道２ａはベッド１に、ベアリング２ｂ
はテーブル３にそれぞれ固定されている。Ｘ軸用のリニ
アモータ４は、コイル４ａとマグネット４ｂとから構成
されている。コイル４ａはテーブル３に、マグネット４
ｂはベッド１にそれぞれ固定されている。なお、面積の
大きいマグネット４ｂを製作するのは困難であるため、
マグネット４ｂは１個ではなく、面積の小さいマグネッ
ト４ｂを多数並べて形成されている。プリント基板（以
下、単に「基板」という）５は、テーブル３の基板支持
面３ａ上に複数枚所定の位置に固定されている。

【０００４】コラム１１はベッド１に固定されている。
ベッド１とコラム１１は基体１０を形成している。軌道
１２は、コラム１１に左右方向に固定されて、サドル１
３の背面にそれぞれ固定されている不図示のベアリング
の移動案内をし、このベアリングとでサドル用の直線案
内装置（参照符号無し）を構成している。

【０００５】マグネット１４はコラム１１に左右方向に
固定され、サドル１３の背面にそれぞれ固定されている
不図示のコイルとで、Ｙ軸用のリニアモータ（参照符号
無し）を構成している。軌道１６は、サドル１３に上下
方向に固定されて、プレート１７の背面に固定されてい
る不図示のベアリングの移動案内をし、このベアリング
とでプレート用の直線案内装置（参照符号無し）を構成
している。

【０００６】ボールねじ１８は、上下方向を向いてプレ
ート１７の背面に固定された不図示のナットに螺合し、
サドル１３上のモータ１５により回転し、プレート１７
を昇降させるようになっている。スピンドル１９は、プ
レート１７に固定されている。ドリル２０は、スピンド
ル１９に回転自在に保持されている。

【０００７】直線移動装置６は、図４に示すように、直
線案内装置２と、リニアモータ４とで構成されている。

【０００８】次に、プリント基板孔明機の動作を説明す
る。

【０００９】不図示の制御装置は、予め、入力されてい
る加工プログラムに従って、Ｘ軸用リニアモータ４およ
びＹ軸用のリニアモータ（マグネット１４を有するモー
タ）を作動させる。すなわち、制御装置は、それぞれの
コイルに所定の電流を流して磁界を発生させ、コイルと
マグネットとの間に働く磁力によりテーブル３をＸ方向
に、また、サドル１３をＹ方向にそれぞれ移動させて、
ドリル２０を基板５の所定の位置に対向させる。その
後、モータ１５を動作させることによりプレート１７を
所定の位置まで下降させ、基板５に孔を明け、そして、
プレート１７を上昇させる。

【００１０】このように、プリント基板孔明機は、例え
ば、テーブル３の移動ストロークが１ｍの場合、走りの
精度（移動範囲におけるテーブル３の位置精度）を５μ
ｍ以内におさめて、孔を所定の位置に正確に明けること
ができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】加工速度を速くするた
めには、テーブル３の移動速度を速くする必要がある。

【００１２】しかし、リニアモータ４の推力を大きくす
ると、コイル４ａとマグネット４ｂとの間に発生する電
磁力（この場合は吸引力）が大きくなり、図４に点線で
示すように、テーブル３がδだけへこむ。テーブル３が
変形すると、基板５が傾き、孔を所定の位置に正確に明
けることができなくなり、基板の品質が低下する。

【００１３】この場合、テーブル３の剛性を大きくすれ
ば、変形は防止できるが、それに伴ってテーブル３の質
量も増加し、リニアモータ４の推力をさらに大きくしな
ければならないという、悪循環を繰り返すことになる。

【００１４】本発明の目的は、上記課題を解決し、移動
体の剛性を変えずにリニアモータの推力を大きくするこ
とのできる直線移動装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、次の各直
線移動装置によって解決される。

【００１６】請求項１の発明は、物体を支持する物体支
持面（３ａ）が形成された移動体（３）を基体（１０）
に対して直線往復移動可能に支持する直線案内手段
（２）と、前記移動体（３）を移動させるリニアモータ
と、を備えた直線移動装置において、前記移動体（３）
に設けられて、対向する内面（３２ａ）（３２ｂ）を少
なくとも１対有する枠体（３２）と、前記基体（１０）
に設けられて、前記枠体（３２）の１対の内面（３２
ａ）（３２ｂ）間に位置する柱状体（３３）と、前記枠
体（３２）の一方の内面（３２ａ）と該一方の内面（３
２ａ）に対向する前記柱状体（３３）の外面（３３ａ）
とのいずれか一方に設けられたコイル（３０ａ）と、他
方に設けられたマグネット（３０ｂ）とを有する第１の
リニアモータ（３０）と、前記枠体（３２）の他方の内
面（３２ｂ）と該他方の内面（３２ｂ）に対向する前記
柱状体（３３）の外面（３３ｂ）とのいずれか一方に設
けられたコイル（３１ａ）と、他方に設けられたマグネ
ット（３１ｂ）とを有する第２のリニアモータ（３１）
と、を備え、前記枠体（３２）と、前記柱状体（３３）
とが前記直線案内手段（２）に平行に配設され、且つ、
前記枠体（３２）の内面（３２ａ）（３２ｂ）と前記柱
状体（３３）の外面（３３ａ）（３３ｂ）とが、前記移
動体（３）の物体支持面（３ａ）と直交する方向に向い
ていることを特徴とする。

【００１７】（作用）移動体（３）は、１対のリニアモ
ータ（３０）（３１）の推力によって基体（１０）上を
直線案内手段（２）に案内されて直線移動する。１対の
リニアモータ（３０）（３１）が移動体（３）の物体支
持面（３ａ）と平行な方向に配設さているため、コイル
（３０ａ）（３１ａ）とマグネット（３０ｂ）（３１
ｂ）との吸引力が相殺され、移動体（３）が変形するよ
うなことがない。

【００１８】請求項２の発明は、前記枠体（３２）が断
面方形状の角筒体であり、前記柱状体（３３）が断面方
形状の角柱状体であり、前記移動体（３）の物体支持面
（３ａ）と平行な前記枠体（３２）の１対の内面（３２
ｃ）（３２ｄ）と、該内面（３２ｃ）（３２ｄ）に対向
する前記柱状体（３３）の１対の外面（３３ｃ）（３３
ｄ）との少なくとも一方の間に、前記枠体（３２）と前
記柱状体（３３）を互いに直線往復移動可能に案内する
直線案内手段（３４）を備えたことを特徴とする。

【００１９】（作用）枠体（３２）が、基体（１０）に
対して、直線案内手段（３４）に案内されて円滑に移動
する。

【００２０】請求項３の発明は、前記枠体（３２）が前
記移動体（３）に、弾性体からなる連結手段（３５）に
よって、前記第１、第２のリニアモータ（３０）（３
１）の配列方向に移動可能に設けられていることを特徴
とする。

【００２１】（作用）枠体（３２）がリニアモータ（３
０）（３１）の吸引力を受けて、位置がずれるようなこ
とがあっても、連結手段（３５）が弾性変形することに
よって、そのずれが許容される。従って、移動体（３）
は、不要な外力を受けることなく円滑に移動する。

【００２２】請求項４の発明は、前記連結手段が前記移
動体（３）に、前記枠体（３２）と前記柱状体（３３）
とを互いに前記第１、第２のリニアモータ（３０）（３
１）の配列方向に直線往復移動可能に案内する直線案内
手段によって、前記第１、第２のリニアモータ（３０）
（３１）の配列方向に移動可能に設けられていることを
特徴とする。

【００２３】なお、上記括弧内の符号は、図面と対照す
るものであって、本発明の構成を何等限定するものでは
ない。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に図
１、図２に基づいて説明する。

【００２５】図１は本発明の実施形態の直線移動案内装
置を備えたプリント基板孔明機のテーブル部の正面断面
図である。図２はリニアモータ部の外観図である。図
３、図４と同一部分は同一符号を符し、その部分の説明
は省略する。

【００２６】１対のリニアモータ３０，３１は、コイル
３０ａ，３１ａとマグネット３０ｂ，３１ｂとから構成
され、Ｙ方向に配列されている。両モータ３０，３１の
定格出力は同じである。それぞれのコイル３０ａ，３１
ａは、断面が四角の筒状のハウジング３２の１対の対向
する内面３２ａ，３２ｂに固定されている。また、それ
ぞれのマグネット３０ｂ，３１ｂは、断面が四角の角柱
３３の右左の側面３３ａ，３３ｂに固定されている。

【００２７】角柱３３は右左の側面３３ａ，３３ｂが軌
道２ａと平行になるように、両端に形成された脚部３
６，３６がベース１に形成された凹部１ａに固定されて
いる。１対の直線案内装置３４は、軌道３４ａとベアリ
ング３４ｂとから構成されている。各軌道３４ａ，３４
ａは角柱３３の上面３３ｃ及び下面３３ｄに、軌道２ａ
と平行に固定されている。各ベアリング３４ｂ，３４ｂ
は、コイル３０ａとマグネット３０ｂおよびコイル３１
ａとマグネット３１ｂの間隔がそれぞれ等しくなるよう
にしてハウジング３２の上内面３２ｃ及び下内面３２ｄ
に固定されている。

【００２８】そして、ハウジング３２は、断面Ｌ字状の
１対のジョイント３５，３５によりテーブル３の下面に
接続されている。ジョイント３５は金属板に弾性を持た
せた部材で形成され、Ｘ方向のばね定数は約５μｍ／１
０００ｋｇ、Ｙ方向およびＺ方向のばね定数は約５０μ
ｍ／１０ｋｇである。すなわち、ジョイント３５は、Ｙ
方向とＺ方向とに撓み易くなっている。

【００２９】直線移動案内装置２８は、直線案内装置２
と、リニアモータ３０，３１と、直線案内装置３４と、
ジョイント３５等で構成されている。

【００３０】次に、動作を説明する。

【００３１】コイル３０ａ，３１ａに所定の電流を流し
て磁界を発生させ、マグネット３０ｂ，３１ｂとの間に
働く磁力によりハウジング３２をＸ方向に移動させる。
このとき、１対のリニアモータ３０，３１による電磁力
はＹ方向であるから、吸引力が相殺されて、テーブル３
が変形することはない。また、マグネット３０ｂ，３１
ｂは、面積の大きいマグネットを製作するのは困難であ
るため、１個ではなく、面積の小さいマグネットを多数
並べて形成されている。

【００３２】このため、マグネット３０ｂ，３１ｂの表
面高さは均一ではなく、０．１ｍｍ程度の凹凸がある。
また、僅かではあるが、各マグネットの特性はそれぞれ
異なっている。このため、コイル３０ａとマグネット３
０ｂ間に働くＹ方向の電磁力Ｆ１と、コイル３１ａとマ
グネット３１ｂ間に働くＹ方向の電磁力Ｆ２はハウジン
グ３２の位置により異なる場合があり、ハウジング３２
のＹ方向の一方に１００ｋｇ程度の力が加わることがあ
る。このような場合、ベアリング３４ｂのボールが弾性
変形して、ハウジング３２は数１０μｍだけＹ方向にず
れる。本実施の形態における、ハウジング３２は、弾性
を備えたジョイント３５を介してテーブル３に接続され
ているので、ハウジング３２のみＹ方向に移動し、テー
ブル３はＹ方向に移動しない。

【００３３】このため、プリント基板孔明機２９の加工
精度は低下しない。また、ジョイント３５はＸ方向のば
ね定数が大きいので、テーブル３に加わる加速度が大き
い場合でも、テーブル３の位置がずれることはない。

【００３４】なお、弾性部材からなるジョイント３５に
代えて、例えば直線案内装置を構成する軌道をテーブル
３の下面のＹ方向に配置し、ベアリングをハウジング３
２に設けることによりハウジング３２のＹ方向への自由
度を持たせてもよい。

【００３５】また、リニアモータ３０，３１のコイル３
０ａ，３１ａをハウジング３２に、マグネット３０ｂ，
３１ｂを角柱３３に配置してもよい。さらに、一方のリ
ニアモータ３０（３１）のコイル３０ａ（３１ａ）をハ
ウジング３２に、マグネット３０ｂ（３１ｂ）を角柱３
３に、他方のリニアモータ３１（３０）のコイル３１ａ
（３０ａ）を角柱３３に、マグネット３１ｂ（３０ｂ）
をハウジング３２に設けてもよい。

【００３６】また、ハウジング３２をベッド１に設け、
角柱３３をテーブル３に設けてもよい。

【００３７】さらに、ハウジング３２は、断面が四角の
筒状に形成されているが、断面逆Ｕ字状、或は、断面Ｕ
字状に形成されていてもよい。この場合、直線案内装置
３４は一方しか設けることができないが、ハウジングに
角柱３３を組み込み易くなる。

【００３８】なお、本発明において、示した数値は、発
明の内容を理解し易くするために、参考として示したも
のであって、これに限定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、移動体を移動させるリ
ニアモータを移動体の物体支持面と平行な方向に１対配
設し、コイルとマグネットとの吸引力が物体支持面と平
行で、且つ相殺するようにしたので、リニアモータの推
力を高めても、移動体の強度を高めることなく移動体の
変形を防止することができる。また、リニアモータの推
力が大きくなると、移動体を俊敏に移動させることがで
きるようになる。

【００４０】さらに、例えば、プリント基板孔明機のよ
うに、プリント基板の所定の位置に位置ずれすることな
く、正確に孔を明けなければならない機械において、プ
リント基板がセットされるテーブルの駆動装置に本発明
の直線移動装置を使用すると、テーブルの変形を防止し
て、孔をプリント基板の所定の位置に正確に明けること
ができる。また、テーブルを俊敏に移動させることがで
きるので、孔明け作業の能率が向上し、プリント基板の
生産性を高めることができる。

【００４１】枠体を、１対のリニアモータの配列方向に
移動可能に連結手段によって、移動体に設けると、枠体
がリニアモータの吸引力を受けて、位置がずれるような
ことがあっても、連結手段によって、そのずれが許容さ
れ、移動体に不要な外力を与えるようなことがなく、移
動体を円滑に移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る直線移動装置を備え
たプリント基板孔明機のテーブル部の正面一部断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態に係る直線移動装置の外観
斜視図である。

【図３】従来の直線移動装置を備えたプリント基板孔明
機の外観斜視図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【符号の説明】

１ベッド２直線案内装置（直線案内手段）２ａ軌道２ｂベアリング３テーブル（移動体）３ａ基板支持面（物体支持面）５プリント基板（物体）１０基体１１コラム２８直線移動装置２９プリント基板孔明機３０リニアモータ３０ａコイル３０ｂマグネット３１リニアモータ３１ａコイル３１ｂマグネット３２ハウジング（枠体）３２ａ右内面（内面）３２ｂ左内面（内面）３２ｃ上内面（内面）３２ｄ下内面（内面）３３角柱（柱状体）３３ａ右側面（外面）３３ｂ左側面（外面）３３ｃ上面（外面）３３ｄ下面（外面）３４直線案内装置３４ａ軌道３４ｂベアリング３５ジョイント

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月１７日（１９９８．９．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】しかし、リニアモータ４の推力を大きくす
ると、コイル４ａに組合わされる鉄心が大きくなり、マ
グネット４ｂの吸引力も大きくなるから、図４に点線で
示すように、テーブル３がδだけへこむ。テーブル３が
変形すると、基板５が傾き、孔を所定の位置に正確に明
けることができなくなり、基板の品質が低下する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】コイル３０ａ，３１ａに所定の電流を流し
て磁界を発生させ、マグネット３０ｂ，３１ｂとの間に
働く磁力によりハウジング３２をＸ方向に移動させる。
このとき、１対のリニアモータ３０，３１による吸引力
はＹ方向であるから、吸引力が相殺されて、テーブル３
が変形することはない。また、マグネット３０ｂ，３１
ｂは、面積の大きいマグネットを製作するのは困難であ
るため、１個ではなく、面積の小さいマグネットを多数
並べて形成されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】このため、マグネット３０ｂ，３１ｂの表
面高さは均一ではなく、０．１ｍｍ程度の凹凸がある。
また、僅かではあるが、各マグネットの特性はそれぞれ
異なっている。このため、コイル３０ａとマグネット３
０ｂ間に働くＹ方向の吸引力Ｆ１と、コイル３１ａとマ
グネット３１ｂ間に働くＹ方向の吸引力Ｆ２はハウジン
グ３２の位置により異なる場合があり、ハウジング３２
のＹ方向の一方に１００ｋｇ程度の力が加わることがあ
る。このような場合、ベアリング３４ｂのボールが弾性
変形して、ハウジング３２は数１０μｍだけＹ方向にず
れる。本実施の形態における、ハウジング３２は、弾性
を備えたジョイント３５を介してテーブル３に接続され
ているので、ハウジング３２のみＹ方向に移動し、テー
ブル３はＹ方向に移動しない。

フロントページの続き (72)発明者入江明神奈川県海老名市上今泉2100番地日立精工株式会社内Ｆターム(参考） 5H641 BB06 BB10 GG02 HH03 JA00 JA03 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体を支持する物体支持面が形成された
移動体を基体に対して直線往復移動可能に支持する直線
案内手段と、前記移動体を移動させるリニアモータと、
を備えた直線移動装置において、前記移動体に設けられて、対向する内面を少なくとも１
対有する枠体と、前記基体に設けられて、前記枠体の１対の内面間に位置
する柱状体と、前記枠体の一方の内面と該一方の内面に対向する前記柱
状体の外面とのいずれか一方に設けられたコイルと、他
方に設けられたマグネットとを有する第１のリニアモー
タと、前記枠体の他方の内面と該他方の内面に対向する前記柱
状体の外面とのいずれか一方に設けられたコイルと、他
方に設けられたマグネットとを有する第２のリニアモー
タと、を備え、前記枠体と、前記柱状体とが前記直線案内手段に平行に
配設され、且つ、前記枠体の内面と前記柱状体の外面と
が、前記移動体の物体支持面と直交する方向に向いてい
ることを特徴とする直線移動装置。
【請求項２】前記枠体が断面方形状の角筒体であり、
前記柱状体が断面方形状の角柱状体であり、前記移動体
の物体支持面と平行な前記枠体の１対の内面と、該内面
に対向する前記柱状体の１対の外面との少なくとも一方
の間に、前記枠体と前記柱状体を互いに直線往復移動可
能に案内する直線案内手段を備えた請求項１に記載の直
線移動装置。
【請求項３】前記枠体が前記移動体に、弾性体からな
る連結手段によって、前記第１、第２のリニアモータの
配列方向に移動可能に設けられている請求項１又は２に
記載の直線移動装置。
【請求項４】前記枠体が前記移動体に、前記枠体と前
記柱状体とを互いに前記第１、第２のリニアモータの配
列方向に直線往復移動可能に案内する直線案内手段によ
って、前記配列方向に移動可能に設けられている請求項
１又は２に記載の直線移動装置。