JP3850555B2

JP3850555B2 - 直線移動装置

Info

Publication number: JP3850555B2
Application number: JP16884998A
Authority: JP
Inventors: 拓巳小山内; 靖伊藤; 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: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: JP2000014120A

Description

【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４ｂ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１３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５μｍ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。
【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（３２ａ）（３２ｂ）間に位置する柱状体（３３）と、
前記移動体に前記枠体を連結する連結手段（３５）と、を備え、
前記リニアモータは、
前記枠体（３２）の一方の内面（３２ａ）と該一方の内面（３２ａ）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、からなり、
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くように配置され、
前記連結手段（３５）が、前記移動体（３）に前記枠体（３２）を、前記第１及び第２のリニアモータ（３０）（３１）の配列方向に一体に移動し、かつ前記内面（３２ａ）（３２ｂ）に直交する方向の動きを許容するように連結してなる、
ことを特徴とする直線移動装置にある。
【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）（３１ｂ）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（３２ｃ）（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）（３３ｄ）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、前記連結手段が、前記移動体（３）に前記枠体（３２）を、前記第１及び第２のリニアモータ（３１）（３２）の配列方向に一体に移動し、かつ前記内面（３２ａ，３２ｂ）に直行する方向の動きを許容するように連結する弾性体（３５）である、ことを特徴とする。
【００２１】
（作用）
枠体（３２）がリニアモータ（３０）（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、前記移動体と前記枠体との間に配置され、前記第１及び第２のリニアモータの配列方向に一体に移動し、かつ前記内面に直交する方向の動きを許容する直線案内手段である、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，３１ａ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３６，３６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，３４ａ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３１ａ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／１０００ｋｇ、Ｙ方向およびＺ方向のばね定数は約５０μｍ／１０ｋｇである。すなわち、ジョイント３５は、リニアモータ３０，３１の配列方向であるＸ方向には一体に移動し、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，３１ｂ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３０ｂ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。
【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３２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３０ａ，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３３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

Claims

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、
前記移動体に前記枠体を連結する連結手段と、を備え、
前記リニアモータは、
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、からなり、
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くように配置され、
前記連結手段が、前記移動体に前記枠体を、前記第１及び第２のリニアモータの配列方向に一体に移動し、かつ前記内面に直交する方向の動きを許容するように連結してなる、
ことを特徴とする直線移動装置。
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。
前記連結手段が、前記移動体に前記枠体を、前記第１及び第２のリニアモータの配列方向に一体に移動し、かつ前記内面に直行する方向の動きを許容するように連結する弾性体である、
請求項１又は２に記載の直線移動装置。
前記連結手段が、前記移動体と前記枠体との間に配置され、前記第１及び第２のリニアモータの配列方向に一体に移動し、かつ前記内面に直交する方向の動きを許容する直線案内手段である、
請求項１又は２に記載の直線移動装置。