JP2009089518A - リニアモータ及びリニアモータの取付け方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工しなくても、ハウジング側を相手部品に取り付けることができるリニアモータを提供する。
【解決手段】筒状のハウジング8に筒状のコイル5a,5bを収容する。筒状のコイル5a,5bに、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材1を挿入する。ハウジング8に、軸部材1が直線運動できるように軸部材1を支持する樹脂製の軸受部21を装着する。ハウジング8側を相手部品に取り付けるための取付け部22を、軸受部21と樹脂で一体に成型する。
【選択図】図1
【解決手段】筒状のハウジング8に筒状のコイル5a,5bを収容する。筒状のコイル5a,5bに、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材1を挿入する。ハウジング8に、軸部材1が直線運動できるように軸部材1を支持する樹脂製の軸受部21を装着する。ハウジング8側を相手部品に取り付けるための取付け部22を、軸受部21と樹脂で一体に成型する。
【選択図】図1
Description
本発明は、コイルに軸部材を挿入し、軸部材を直線運動させるリニアモータ及びリニアモータの取付け方法に関する。
リニアモータは、回転形のモータの固定子側と可動子側を直線状に引き伸ばしたもので、電気エネルギを直線運動するための推力に変換する。直線的な推力が得られるリニアモータは、移動体を直線運動させる一軸のアクチュエータとして用いられる。
リニアモータの一種として、円筒形のコイルを中心を合わせて積層し、積層して出来たコイルの中空空間内にマグネットを有する軸部材を挿入した円筒形のリニアモータが知られている(例えば特許文献1参照)。コイルに電流を流すと磁場が発生し、コイルの磁場と永久磁石の磁場との相互作用によって、軸部材を直線運動させる推力が発生する。この種のリニアモータにおいて、コイルは筒状のハウジングに収容される。軸部材は、ハウジングに装着される軸受に直線運動可能に支持される。
リニアモータを使用するとき、ハウジング側又は軸部材側を相手部品に取り付ける必要がある。ハウジング側が固定子になる場合、ハウジング側を相手部品に取り付け、ハウジングで支持した軸部材をハウジングに対して直線運動させる。従来、ハウジングを相手部品に固定するためには、コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工し、この取付けねじ又は取付け孔を利用してハウジングを相手部品に直接取り付けていた。
特開2006−353024号公報
しかし、ハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工するためには、ハウジングの厚さを取付けねじ又は取付け孔が加工できる程度に厚くしたり、また、ハウジングの形状を取付けねじ又は取付け孔が加工できる形状に変更したりする必要がある。ハウジングが直接取り付けられる相手部品にも、取付け面を平坦面にする必要(取付け面が凸凹していると軸部材が斜めに取り付く)や、取付けねじと同じピッチで通し孔を加工する必要があるなど、加工精度が要求される。
そこで本発明は、コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工しなくても、ハウジング側を相手部品に取り付けることができるリニアモータ及びリニアモータの取付け方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を備えるリニアモータにより、上記課題を解決する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記取付け部は、前記軸受部に連続すると共に、前記軸部材の軸線と直交する平面内に配置される直交プレートと、前記直交プレートに連続し、前記軸部材の軸線と平行な平面内に配置されると共に、取り付け孔が開けられるフランジプレートと、を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のリニアモータにおいて、前記軸受部は、筒状のハウジングの内周面に嵌まる環状の突起部と、この突起部の周縁に設けられ、前記ハウジングの軸線方向の端面に当接する周縁部と、を有し、前記突起部を前記ハウジングの内周面に嵌め、前記周縁部を前記ハウジングの端面に当接させることによって、前記軸受部を前記ハウジングに固定することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状の第一のハウジングと、前記第一のハウジングの長手方向に並べて配置され、筒状のコイルが収容される筒状の第二のハウジングと、前記第一及び前記第二のハウジングの前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記第一のハウジングと前記第二のハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する中間ブッシュと、前記第一のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第一のブッシュと、前記第二のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第二のブッシュと、を備え、前記中間ブッシュは、前記第一及び前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部を有し、前記第一のブッシュは、前記第一のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第一のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有し、前記第二のブッシュは、前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第二のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有するリニアモータにより、上述した課題を解決する。
請求項5に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、を備えるリニアモータを相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法において、軸受部に一体に樹脂成型された取付け部を利用して、前記ハウジング側を相手部品に取り付けることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。軸受部及び取付け部は、樹脂の成型品であるので、取付け孔やフランジ形状などを容易に付加することができる。
請求項2に記載の発明によれば、たとえ相手部品の加工精度が悪い場合でも、直交プレート及びフランジプレートの少なくとも一方が撓み、相手部品の加工精度の悪さを吸収するので、軸受部による軸部材の案内に悪影響を及ぼすことを防止できる。
請求項3に記載の発明によれば、軸受部をハウジングと同軸に位置決めできると共に、軸受部をハウジングに容易に固定することができる。
請求項4に記載の発明によれば、筒状のコイルを有する複数のハウジングを軸線方向に並べて配置することができる。また、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。
請求項5に記載の発明によれば、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。軸受部及び取付け部は、樹脂の成型品であるので、取付け孔やフランジ形状などを容易に付加することができる。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図1ないし図3は本発明の第一の実施形態におけるリニアモータの外観図を示す。図1はリニアモータの外観斜視図を示し、図2はハウジングを透過させたリニアモータの斜視図を示し、図3は軸線に沿ったリニアモータの断面図を示す。
図1及び図2に示されるように、移動子である軸部材1は、固定子である円筒状のフォーサ2に覆われる。軸部材1の軸線方向の両端部はフォーサ2から突出する。図2に示されるように、フォーサ2の円筒状のハウジング8内には、円筒状のコイル5a,5bが収容される。
図3に示されるように、軸部材1は、円筒状のパイプ4に複数の永久磁石3を挿入してなる。永久磁石3によって、軸部材1にはN極及びS極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される。フォーサの各コイル5a,5b間には、位相をずらすためのスペーサ14が介在される。この実施形態のリニアモータはステッピングモータであり、二相のコイル5a,5bの励磁電流を切り替えることで、軸部材1を所定のステップ量ずつ軸線方向に直線運動させる。
図4は軸部材1の軸線に沿った断面図を示し、図5は軸部材1の正面図を示す。永久磁石3は、保磁力の高いネオジウム磁石などの希土類磁石である。円筒状のパイプ4は、ステンレスなどの金属製であるか、又は樹脂製である。パイプ4内には、複数の円柱形の永久磁石3がN極同士及びS極同士が向かい合うように挿入される。永久磁石3の境目にN極又はS極の磁極が形成される。永久磁石3の軸線方向の厚みは一定であるので、軸線方向に一定のピッチでN極及びS極が交互に形成される。パイプ4に永久磁石3を挿入した後、パイプの両端はエンドプラグ7で塞がれる。エンドプラグ7は例えば接着、ねじ結合などによってパイプ4に固定される。エンドプラグには、直線運動させる対象を取り付けるためのねじが加工される。軸部材1の断面形状は、円形でなくても、扁平な楕円形であってもよく、また、四角形などの多角形であってもよい。
図2及び図3に示されるように、フォーサ2は、円筒状のハウジング8に二相のコイル5a,5bを挿入してなる。円筒状ハウジング8は、珪素鋼などの磁性材料からなる。各コイル5a,5bの軸線方向の両端には、磁気回路を形成するためのリング状のポール10が配置される。ポール10も珪素鋼などの磁性材料からなる。この実施形態では、コイルが一組のコイル5a,5bから構成されているが、二組、三組などの複数組のコイル5a,5bから構成されてもよい。
ハウジング8の両端部には、軸部材1を支持するブッシュ11が設けられる。ブッシュ11と軸部材1との間のすきまは、コイル5a,5bと軸部材1の間のすきまよりも小さい。ブッシュ11は、軸部材1とコイル5a,5bが接触するのを防止する。ブッシュ11は、フォーサ2に対して軸部材1が直線運動できるように軸部材1を支持する。ブッシュ11は、軸部材1を案内する機能を有する他、ハウジング8側を相手部品に取り付けるブラケットとしても機能する。ブッシュ11の詳細な構造については後述する。
図3に示されるように、両端にポール10が配置された状態で各コイル5a,5bの磁極ピッチL1(コイル5a,5bの両端部のポール10の中心間の距離L1)は、軸部材1のN−S間の磁極ピッチL2の実質的に2N+1倍(N:正の整数)に設定される。すなわち、コイル5a,5bの両端部の一対のポール10のうち、一方のポール10が軸部材1のN極上にあるときは、他方のポール10が軸部材1のS極上にあるという関係を保つ。
スペーサ14は、二相のコイル5a,5b間の間隔を一定に保つために設けられる。スペーサ14は樹脂製であり、円筒形状に形成される。スペーサ14の軸線方向の長さL3は、二相のコイル5a,5bの位相を電気角で90度、すなわち軸部材1のS−S間の磁極ピッチL4の実質的に1/4倍ずらすように設定される。
二相のコイル5の励磁方式の一例を説明する。ここでは、1相だけに電流を流していく1相励磁方式について説明する。最初のステップでA相のコイル5aを励磁し、次のステップでB相のコイル5bを励磁する。さらに次のステップでA相のコイル5aに反対方向の電流を流し(−A相)、次のステップでB相のコイル5bに反対方向に電流を流す(−B相)。1〜4までのステップが1周期となり、この間に軸部材1はN−N間の磁極ピッチだけ直線運動する。この励磁方式を繰り返すことで、軸部材を必要な量だけ直線運動させることができる。なお、1相励磁方式の他に、A相とB相の二つの相に渡り電流を流して駆動する2相励磁方式を採用してもよい。二相のコイル5a,5bは、ユニポーラ方式によって励磁されてもよいし、バイポーラ方式によって励磁されてもよい。
図6及び図7はブッシュ11を示す。図6はブッシュ11の斜視図を示し、図7はブッシュ11の側面図を示す。ブッシュ11は、軸部材1が直線運動できるように軸部材1を支持する軸受部21と、ハウジング8側を相手部品に取り付けるための取付け部22と、を有する。軸受部21と取付け部22とは、いずれも樹脂製で一体に射出成型される。
軸受部21は、円筒状のハウジング8の内周面に嵌まる環状の突起部21aと、ハウジング8の軸線方向の端面に当接する周縁部21bと、を有する。軸部材1は、環状の突起部21aの内周面を滑り接触する。突起部21aをハウジング8の内周面8a(図8参照)に嵌め、周縁部21bをハウジング8の端面8bに当接させることで、軸受部21をハウジング8に固定することができる。軸受部21とハウジング8との結合は所謂インロー結合であるので、軸受部21をハウジング8と同軸に位置決めできると共に、軸受部21をハウジング8に容易に固定することができる。
図7に示されるように、ブラケットとして機能する取付け部22は、軸受部21に連続すると共に、軸部材1の軸線Cと直交する平面内P1に配置される直交プレート22aと、直交プレート22aに連続すると共に、軸部材1の軸線Cと平行な平面P2内に配置されるフランジプレート22bと、を有する。フランジプレート22bには、取付け部22を相手部品に取付けるための通し孔22c(図2参照)が開けられる。
フォーサ2の組立て方法を説明する。まず、銅線を巻いてコイル5a,5b単体を組み立てる。各コイル5a,5bの両端にポール10を取り付けた後、A相コイル5aとB相コイル5bとの間にスペーサ14を介在させ、コイル5a,5bをハウジング8内に挿入する。ハウジング8とポール10とを位置決めした後、接着剤によって、ハウジング8とコイル5a,5bを固定する。その後、ブッシュ11の軸受部21をハウジング8に圧入することで、ブッシュ11がハウジング8に固定される。
組み立てたフォーサ2を相手部品に取り付けるときは、ブッシュ11の取付け部22の通し穴22cにボルト等の締結部材を通し、締結部材を相手部品にねじ込む。
このように、軸部材1を支持する目的で使用されるブッシュ11にハウジング8側の取付け機能を付加させることにより、ハウジング8側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。また、たとえ相手部品の加工精度が悪い場合でも(例えば相手部品の取付け面が凸凹でも)、直交プレート22a及びフランジプレート22bの少なくとも一方が撓み、相手部品の加工精度の悪さを吸収するので、軸受部21による軸部材1の案内に悪影響を及ぼすこともない。
図9は、本発明の第二の実施形態のリニアモータを示す。この実施形態のリニアモータは、第一の実施形態のリニアモータのフォーサ2を長手方向に連続して並べたものである。フォーサ2単体の構成は、上記第一の実施形態のリニアモータと同一である。
並べられた第一及び第二のハウジング8−1,8−2間には、共通の中間ブッシュ24が設けられる。隣接するフォーサ2のA相のコイル5a同士、B相のコイル5b同士の位相が一致するように、中間ブッシュ24の厚さが設定される。連結されるフォーサ2,2の軸線方向の両端部には、第一ブッシュ11−1及び第二のブッシュ11−2が設けられる。第一及び第二のブッシュ11−1,11−2の構造は、第一の実施形態のリニアモータのブッシュ11と同一である。
図10に示されるように、中間ブッシュ24は、軸部材1を支持する軸受部25と、ハウジング8側を相手部品に取り付けるための取付け部26と、を有する。軸受部25と取付け部26とは、いずれも樹脂製で一体に射出成型される。軸受部25は、円筒状のハウジング8の内周面に嵌まる環状の突起部25aと、ハウジング8の軸線方向の端面に当接する周縁部25bと、を有する。この実施形態においては、中間ブッシュ24を挟んで設けられる第一及び第二のハウジング8−1,8−2に嵌まり込むことができるように、突起部25a及び周縁部25bは、中間ブッシュ24の表側と裏側の両方に形成される。L字状に折れ曲がる取付け部26は、第一の実施形態のリニアモータと同様に、直交プレート26a及びフランジプレート26bから構成される。なお、中間ブッシュ24に取付け部26を形成しなくても、第一及び第二のブッシュ11−1,11−2に取付け部22を形成すれば、リニアモータを相手部品に取り付けることができる。このため、取付け部26は省略することも可能である。
図11に示されるように、中間ブッシュ24の環状の突起部25aがフォーサ2のハウジング8−1,8−2の内周面に嵌められる。複数の中間ブッシュ24を設けることで、必要な推力が得られるまでフォーサ2を長手方向に連続的に並べることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化できる。例えば、本発明のリニアモータはステッピングモータに限られず、三相交流電流によって駆動させる永久磁石同期モータにも適用できる。この場合、コイルは、三相交流電流が供給されるU,V及びW相の三相コイルからなる。コイルの軸線方向の両端部のポールやスペーサは省略される。
1…軸部材
2…フォーサ
3…永久磁石
5a,5b…コイル
8…ハウジング
8−1…第一のハウジング
8−2…第二のハウジング
10…ポール
11…ブッシュ
11−1…第一のブッシュ
11−2…第二のブッシュ
14…スペーサ
21…軸受部
21a…突起部(軸受部)
21b…周縁部(軸受部)
22,26…取付け部
22a,26a…直交プレート(取付け部)
22b,26b…フランジプレート(取付け部)
24…中間ブッシュ
25…軸受部
25a…突起部(軸受部)
25b…周縁部(軸受部)
2…フォーサ
3…永久磁石
5a,5b…コイル
8…ハウジング
8−1…第一のハウジング
8−2…第二のハウジング
10…ポール
11…ブッシュ
11−1…第一のブッシュ
11−2…第二のブッシュ
14…スペーサ
21…軸受部
21a…突起部(軸受部)
21b…周縁部(軸受部)
22,26…取付け部
22a,26a…直交プレート(取付け部)
22b,26b…フランジプレート(取付け部)
24…中間ブッシュ
25…軸受部
25a…突起部(軸受部)
25b…周縁部(軸受部)
Claims (5)
- 筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、
前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、
前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、
前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を備えるリニアモータ。 - 前記取付け部は、
前記軸受部に連続すると共に、前記軸部材の軸線と直交する平面内に配置される直交プレートと、
前記直交プレートに連続し、前記軸部材の軸線と平行な平面内に配置されると共に、取り付け孔が開けられるフランジプレートと、を有することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。 - 前記軸受部は、筒状のハウジングの内周面に嵌まる環状の突起部と、この突起部の周縁に設けられ、前記ハウジングの軸線方向の端面に当接する周縁部と、を有し、
前記突起部を前記ハウジングの内周面に嵌め、前記周縁部を前記ハウジングの端面に当接させることによって、前記軸受部を前記ハウジングに固定することを特徴とする請求項1又は2に記載のリニアモータ。 - 筒状のコイルが収容される筒状の第一のハウジングと、
前記第一のハウジングの長手方向に並べて配置され、筒状のコイルが収容される筒状の第二のハウジングと、
前記第一及び前記第二のハウジングの前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、
前記第一のハウジングと前記第二のハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する中間ブッシュと、
前記第一のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第一のブッシュと、
前記第二のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第二のブッシュと、を備え、
前記中間ブッシュは、前記第一及び前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部を有し、
前記第一のブッシュは、前記第一のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第一のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有し、
前記第二のブッシュは、前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第二のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有するリニアモータ。 - 筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、N極及びS極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、を備えるリニアモータを相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法において、
軸受部に一体に樹脂成型された取付け部を利用して、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101207 |