JP4734946B2 - Actuator - Google Patents
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Description
本発明は、回転運動と直進運動を行うシャフトを支承する回転/直動軸受けを備えたアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator having a rotation / linear motion bearing that supports a shaft that performs rotational motion and linear motion.
近年、チップマウンタなどのような電子部品を実装する部品実装機には、回転運動の機能と直進運動の機能を備えたアクチュエータ(以下、回転/直進アクチュエータという)が好んで用いられている。このような回転/直進アクチュエータを用いた部品実装機は、部品の実装を行うタクトを向上させるために、ヘッド部に複数のノズルを搭載して並列的にマウンティング処理ができるようになっている。ヘッド部の構造は、直進軸(Z軸)においては、回転モータとボールネジを用いたり、エアーシリンダを用いるなどして独立した制御ができるようになっている。一方、回転軸(θ軸)はタイミングベルトによる一括駆動となっているので、回転駆動の時間的なロスがかなり大きい。また、タイミングベルトを用いた駆動であるために構造的にも複雑になっている。そこで、回転軸の時間的なロスをなくしてタクトを向上させると共に機構を簡素化するための回転/直進アクチュエータが本発明者らによって提案されている。 In recent years, component mounters for mounting electronic components such as chip mounters have favorably used actuators having a rotational motion function and a linear motion function (hereinafter referred to as a rotational / straight-forward actuator). A component mounter using such a rotary / straight-forward actuator is equipped with a plurality of nozzles mounted on the head portion so that mounting processing can be performed in parallel in order to improve the tact for performing component mounting. The structure of the head portion can be independently controlled by using a rotary motor and a ball screw or using an air cylinder on the linear axis (Z axis). On the other hand, since the rotation axis (θ axis) is collectively driven by the timing belt, the time loss of the rotation drive is considerably large. Further, since the driving is performed using the timing belt, the structure is complicated. Therefore, the present inventors have proposed a rotary / straight-forward actuator for eliminating the time loss of the rotating shaft and improving the tact and simplifying the mechanism.
また、部品実装機においては、電子部品を実装する以外に、ICパッケージの製造や端子部のボンディングなどを行うことができる機能を備えた部品実装機も知られている。このような部品実装機はヘッドに荷重制御を取り入れることで実現されており、ヘッドを駆動する直進軸(Z軸)アクチュエータにおいては加圧力を制御するための荷重制御が必要である。このような荷重制御を行う用途に使用されるZ軸モジュールは、ヘッドを上下動させるための回転モータとボールネジの構成に対して、さらに荷重を検出するためのロードセルが付加された構成となっている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a component mounter, there is also known a component mounter having a function capable of manufacturing an IC package and bonding a terminal portion in addition to mounting an electronic component. Such a component mounting machine is realized by incorporating load control into the head, and load control for controlling the applied pressure is required for a linear axis (Z-axis) actuator that drives the head. The Z-axis module used for such load control applications has a configuration in which a load cell for detecting the load is further added to the configuration of the rotary motor and ball screw for moving the head up and down. (For example, refer to Patent Document 1).
ところが、特許文献1に開示されたZ軸駆動のアクチュエータは、Z軸の構造が複雑になったり高価なロードセルを必要とするなどの問題がある。そこで、図12に示すレシプロモータの駆動系の構成図のように、位置・速度を制御するための検出素子である位置センサ61を搭載したレシプロモータ(可動鉄心直動型モータ)62を使用して、従来のような回転モータとボールネジとロードセルとで行っていた位置決め及び荷重制御を1台のリニアアクチュエータで行う方法が本発明者らによって提案されている。この技術によれば、サーボドライバ63が、位置センサ61からのエンコーダ信号をフィードバックしてレシプロモータ62のモータパワーを制御することにより、シャフト64の位置決め及び荷重制御を行うことができる。
しかしながら、近年の部品実装機においては、チップの小型化に伴って高精度なリニアリティの荷重制御が必要とされてきていると共に、制御可能な荷重の分解能も小さくする必要がある。特に、荷重の分解能においては、アクチュエータに用いられている直動軸受け(例えば、ボールブッシュやボールスプラインなどの直動軸受け)が発生する摩擦の大きさや摩擦の変動が問題となるような微小な制御が要求され始めてきている。そこで、これらの問題を解決するためには次のような対策をとる必要がある。すなわち、(1)荷重を検出するためのロードセルを付加する。(2)摩擦が発生しないエアーベアリングを採用する。などの方法がある。しかし(1)のロードセルの付加や、(2)のエアーベアリングの採用においては、高精度化や高分解能化は達成できるものの、機構的に複雑になると共にアクチュエータが高価なものになってしまう。なお、回転軸においては、チップの位置決めのみの機能を満足すればよいので摩擦抵抗については特に問題とはならない。 However, in recent component mounting machines, it is necessary to control the load of the linearity with high accuracy along with the miniaturization of the chip, and it is also necessary to reduce the resolution of the load that can be controlled. In particular, with regard to the resolution of the load, there is a minute control in which the magnitude of the friction generated by the linear motion bearing used in the actuator (for example, the linear motion bearing such as a ball bush or a ball spline) and the fluctuation of the friction become a problem. Has begun to be demanded. In order to solve these problems, it is necessary to take the following measures. That is, (1) a load cell for detecting a load is added. (2) Use air bearings that do not generate friction. There are methods. However, with the addition of the load cell (1) and the use of the air bearing (2), high accuracy and high resolution can be achieved, but the mechanism becomes complicated and the actuator becomes expensive. In addition, since it is only necessary to satisfy the function of only the positioning of the tip on the rotating shaft, the frictional resistance is not particularly problematic.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で直動方向の摩擦抵抗を低減することができる回転/直動軸受けを備えたアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an actuator having a rotation / linear motion bearing that can reduce frictional resistance in the linear motion direction with a simple structure. And
本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、請求項1に係るアクチュエータは、回転運動と直進運動を行うシャフトを支承する回転/直動軸受けを備えたアクチュエータであって、前記回転/直動軸受けは、回転運動を行う前記シャフトを支承する回転用軸受けと、直進運動を行う前記シャフトを支承する所定の弾性力を有する板バネとによって構成され、前記回転用軸受けは、前記シャフトの両側において、それぞれ複数個で該シャフトを支承し、前記シャフトの両側のそれぞれにおいて、前記回転用軸受と前記板バネとの組が前記シャフトを支承するよう構成されている。 The present invention has been devised to achieve the above object, and the actuator according to claim 1 is an actuator having a rotation / linear motion bearing that supports a shaft that performs rotational motion and linear motion. The rotation / linear motion bearing is composed of a rotation bearing that supports the shaft that performs a rotational motion, and a leaf spring that has a predetermined elastic force that supports the shaft that performs a linear motion, and the rotation bearing A plurality of shafts are supported on both sides of the shaft, and a set of the rotation bearing and the leaf spring is configured to support the shaft on each side of the shaft .
かかる構成によれば、弾性力のある板バネによって直動方向の摩擦がほとんどない回転/直動軸受けが構成されているので、高精度かつ高分解能な荷重制御を行うアクチュエータを実現することが可能となる。また、かかる構成によれば、可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ複数個(例えば、2個)用いることによって、軸受けの内部隙間のガタをなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。 According to such a configuration, the rotation / linear motion bearing having almost no friction in the linear motion direction is configured by the elastic leaf spring, so that it is possible to realize an actuator that performs load control with high accuracy and high resolution. It becomes. Further, according to this configuration, the shaft to which the mover core is attached can be linearly moved in the linear direction by the bending of the leaf springs on both side surfaces, and can be freely rotated by the rotating bearing. Further, by using a plurality of (for example, two) bearings for rotation on both sides, it is possible to eliminate the play in the internal gaps of the bearings, so that highly accurate rotation can be obtained.
請求項2に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転/直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された板バネとによって構成されている。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the present invention, the actuator is a linear actuator that performs linear motion, and the rotary / linear motion bearing supports a shaft that transmits the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides. And a leaf spring fixed to the outside of each of the rotation bearings.
かかる構成によれば、回転用軸受けが板バネの内側に取り付けられているので、可動部である可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。 According to this configuration, since the rotation bearing is attached to the inside of the leaf spring, the shaft to which the mover core as a movable portion is attached moves linearly in the linear direction due to the deflection of the leaf springs on both sides. At the same time, it can be freely rotated by a bearing for rotation.
請求項3に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転/直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの内側に固着された板バネとによって構成されている。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the present invention, the actuator is a linear actuator that performs linear motion, and the rotary / linear motion bearing supports the shaft that transmits the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides. And a leaf spring fixed inside each of the rotation bearings.
かかる構成によれば、回転用軸受けが板バネの外側に取り付けられているので、可動部である可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。 According to such a configuration, since the rotation bearing is attached to the outside of the leaf spring, the shaft to which the mover core as the movable portion is attached moves linearly in the linear direction due to the deflection of the leaf springs on both sides. At the same time, it can be freely rotated by a bearing for rotation.
請求項4に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転/直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承するそれぞれ2個の回転用軸受けと、前記シャフトの一方の側の2個の前記回転用軸受けの間と、前記シャフトの他方の側の2個の前記回転用軸受けの間とのそれぞれに挟まれて固着されたそれぞれの前記板バネとによって構成されている According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the structure of the present invention, the actuator is a linear actuator that performs linear motion, and the rotary / linear motion bearing supports a shaft that transmits the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides. Sandwiched between two rotation bearings, two rotation bearings on one side of the shaft, and two rotation bearings on the other side of the shaft. Each of the leaf springs fixed to each other.
かかる構成によれば、可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ2個用いることによって、軸受けの内部隙間のガタをなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。 According to such a configuration, the shaft to which the mover core is attached can be linearly moved in the linear direction by the bending of the leaf springs on both side surfaces, and can be freely rotated by the bearing for rotation. Further, by using two bearings for rotation on both sides, it is possible to eliminate the play in the internal gaps of the bearings, so that highly accurate rotation can be obtained.
請求項5に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは回転運動と直進運動を行う回転/直進アクチュエータであって、回転/直動軸受けは、回転/直進アクチュエータの回転運動と直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された板バネとによって構成されている。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the structure of the present invention, the actuator is a rotary / linear actuator that performs a rotational motion and a linear motion, and the rotational / linear motion bearing is a rotational motion and a linear motion of the rotational / linear actuator. Is constituted by a bearing for rotation that supports a shaft for transmitting to the outside on both sides, and a leaf spring fixed to the outside of each of the bearings for rotation.
このような回転/直進アクチュエータによれば、リニアモータ部の作用によって直進動作を行うことができると共に、回転モータ部の作用によって回転動作を行うこともできる。また、このような回転/直進アクチュエータの回転/直動軸受けによって、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによりリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。 According to such a rotary / straight-forward actuator, it is possible to perform a straight-ahead operation by the action of the linear motor unit and to perform a rotation operation by the action of the rotary motor unit. Further, the rotation / linear motion bearing of such a rotation / linear motion actuator enables the shaft to move linearly by the linear motor movable element and the bending of the leaf springs on both side surfaces, and at the same time, by the rotation bearing. The shaft fixed to the rotary motor movable element can be freely rotated.
請求項6に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、回転/直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、回転用軸受けは回転モータ部とリニアモータ部の両外側に突出されたシャフトを支承し、板バネは回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている。 According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the invention described above, the rotary / straight-forward actuator includes a rotary motor unit that performs a rotary motion and a linear motor unit that performs a linear motion, and the rotary bearing includes a rotary motor unit and a rotary motor unit. A shaft protruding from both outer sides of the linear motor portion is supported, and a leaf spring is fixed to the outside of each bearing for rotation.
このような回転/直進アクチュエータによれば、直進動作と回転動作を並行して行うことがでる。このとき、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによりリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。 According to such a rotation / straight-forward actuator, it is possible to perform a straight-ahead operation and a rotation operation in parallel. At this time, the shaft can be linearly moved in the linear direction by the linear motor movable element and the bending of the leaf springs on both side surfaces, and at the same time, the shaft fixed to the rotary motor movable element can be freely rotated by the bearing for rotation. be able to.
請求項7に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、回転/直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、回転用軸受けは、リニアモータ部の両外側に突出されたシャフトを支承し、板バネは回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている。 According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the invention described above, the rotary / straight-forward actuator includes a rotary motor portion that performs a rotational motion and a linear motor portion that performs a linear motion, and the rotary bearing includes a linear motor portion. The leaf springs are fixed to the outside of the bearings for rotation.
かかる構成によれば、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。 According to this configuration, the shaft can be linearly moved in the linear direction by the linear motor movable element and the bending of the leaf springs on both side surfaces, and at the same time, the shaft fixed to the rotary motor movable element by the rotating bearing can be freely moved. Can be rotated.
本発明のアクチュエータによれば、直動方向の摩擦がほとんどない回転/直動軸受けが構成されているので、高精度かつ高分解能な荷重制御を行うことが可能となる。また、本発明のアクチュエータは回転/直動軸受けが取り付けられているのみであるので、従来のエアーベアリングやロードセルを使用したアクチュエータに比べて構造が簡単になると共に低価格化を実現することができる。さらに、転がり軸受けのような接触部がないため、板バネの疲労限設計を行うことで無限に近い寿命が得られる。特に、転がり軸受けで問題となるような微小ストロークの移動時に大きな効果が得られる。さらに、定期的にグリスを補給する必要がなくなるのでメンテナンスの手間が省ける。また、垂直軸で使用する場合においてもグリス漏れの恐れがないので、半導体部品の搬送などのようなクリーンな用途に適している。 According to the actuator of the present invention, since the rotation / linear motion bearing having almost no friction in the linear motion direction is configured, it is possible to perform load control with high accuracy and high resolution. In addition, since the actuator of the present invention is only provided with a rotary / linear motion bearing, the structure is simplified and the cost can be reduced as compared with an actuator using a conventional air bearing or load cell. . Furthermore, since there is no contact portion like a rolling bearing, a life limit close to infinity can be obtained by designing the fatigue limit of the leaf spring. In particular, a great effect can be obtained at the time of movement of a minute stroke that causes a problem with a rolling bearing. Furthermore, since it is not necessary to replenish grease regularly, maintenance work can be saved. Also, when used on a vertical axis, there is no risk of grease leakage, so it is suitable for clean applications such as transporting semiconductor components.
以下、図面を参照しながら、本発明におけるアクチュエータの実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明による回転/直動軸受けを備えたアクチュエータについて説明する前に、理解を容易にするために、直動方向の摩擦抵抗を低減することができる板バネを備えたリニアアクチュエータについて詳細に説明する。板バネはレシプロモータ(つまり、リニアアクチュエータ)のギャップ方向に対しては剛性が高いため、固定部と可動部間を一定のギャップで保持することができる。その結果、直動方向に対しては板バネによる薄板の変形で一定ストロークを移動させることが可能な軸受けとなる。なお、板バネによって固定部と可動部の間に働く力はバネ力のみであって摩擦力は発生しない。したがって、この軸受けを回転/直動軸受けの直動用に用いることによって、リニア方向の荷重制御に適したアクチュエータを構成することができる。 Hereinafter, embodiments of an actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, before describing an actuator having a rotary / linear motion bearing according to the present invention, in order to facilitate understanding, a linear actuator having a leaf spring capable of reducing frictional resistance in the linear motion direction will be described in detail. explain. Since the leaf spring has high rigidity in the gap direction of the reciprocating motor (that is, the linear actuator), the fixed portion and the movable portion can be held with a constant gap. As a result, in the linear motion direction, the bearing can move a constant stroke by deformation of the thin plate by the leaf spring. Note that the force acting between the fixed portion and the movable portion by the leaf spring is only the spring force, and no frictional force is generated. Therefore, an actuator suitable for load control in the linear direction can be configured by using this bearing for the linear motion of the rotation / linear motion bearing.
図1は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。また、図2は、図1のリニアアクチュエータを右側面から見た縦断面図である。さらに、図3は、図1のリニアリニアアクチュエータを示す一部破断の斜視図である。また、図4は、図2のリニアアクチュエータにおいてコイルに電流が流れていないときの磁束の状態を示す説明図である。したがって、図1〜図4を参照しながら本発明に係る板バネを備えたリニアアクチュエータについて説明する。 FIG. 1 is a front view showing a linear actuator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the linear actuator of FIG. 1 viewed from the right side. Further, FIG. 3 is a partially broken perspective view showing the linear linear actuator of FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetic flux when no current flows through the coil in the linear actuator of FIG. Therefore, the linear actuator provided with the leaf | plate spring which concerns on this invention is demonstrated referring FIGS. 1-4.
図1〜図3に示すように、この実施の形態のリニアアクチュエータ11は、ヨーク(固定子)12と、このヨーク12の内側に往復動可能に設けられた可動子13と、ヨーク12に固定された第1の一対の永久磁石(永久磁石)14,15と、ヨーク12に固定された第2の一対の永久磁石(永久磁石)16,17と、ヨーク12に固定された二つのコイル18、19とを備えている。また、図3に示すように、自らが弾性変形することにより可動子13をヨーク12に対して往復動可能に支持すると共に可動子を非駆動状態にて往復動方向の基準位置に至らせるための2枚の板バネ(復帰手段)3を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
図1に示すように、ヨーク12は、その中心位置に貫通穴21が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴21は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし、互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部22を有している。二カ所の円筒面部22は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
また、ヨーク12は、その中心位置に貫通穴21が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴21は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部22と、各円筒面部22のそれぞれの両端縁部から円筒面部22同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する平面部23と、各平面部23のそれぞれの円筒面部22に対し反対側の端縁部から平面部23と直交して外側に延出する平面部24と、円筒面部22同士を結ぶ方向に延在して各平面部24の対応するもの同士をそれぞれ連結させる平面状の内面部25とを有している。ここで、二カ所の円筒面部22は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。なお、このヨーク12は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴21の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層鋼板からなっている。
Further, the
図3に示すように、可動子13は、先端に雄ネジ部13aが形成された円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト13bと、シャフト13bを内側に挿嵌されてシャフト13bの軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄部材30とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
また、図2に示すように、永久磁石14,15は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるもので、永久磁石14は、永久磁石15に比較して内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石14,15は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部22に接合固定されており、永久磁石14と鉄部材30とが形成するギャップ(隙間)は、永久磁石15と鉄部材30とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これらの永久磁石14,15は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴21の貫通方向における一方の永久磁石14は、N極が外径側にS極が内径側に配置されており、他側の永久磁石15は、N極が内径側にS極が外径側に配置されている。
Further, as shown in FIG. 2, the
図2に示すように、永久磁石16,17は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるものであり、永久磁石16は、永久磁石17に比較して内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石16,17は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部22に接合固定されており、永久磁石16と鉄部材30とが形成するギャップ(隙間)は、永久磁石17と鉄部材30とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これら永久磁石16,17は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴21の貫通方向における一方の永久磁石16は、S極が外径側にN極が内径側に配置されており、他側の永久磁石17は、S極が内径側にN極が外径側に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
以上により、第1の一対の永久磁石14,15および第2の一対の永久磁石16,17は、貫通穴21の貫通方向に位置が合う永久磁石同士で内径側すなわち可動子13側の磁極を逆にしている。すなわち、貫通穴21の貫通方向に位置が合う永久磁石14および永久磁石16は互いに内径側の磁極を逆にしており、貫通穴21の貫通方向に位置が合う永久磁石15および永久磁石17も互いに内径側の磁極を逆にしている。
As described above, the first pair of
図3に示すように、コイル18は、ヨーク12に内側に突き出すように形成された円筒面部22を取り囲むように巻き胴32が取り付けられ、この巻き胴32に導線が多重に巻き付けられて構成されている。コイル19は、ヨーク12を挟んで円筒面部22と相対する位置に形成された上記円筒面部22と対応する円筒面部22に同じく巻き胴32が取り付けられ、この巻き胴32に導線が多重に巻き付けられて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
また、図3に示すように、2枚の板バネ3は可動子13の軸方向に離間し、ヨーク12を間に挟んで配置されている。これらの2枚の板バネ3は同じ形状をなし、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工され、可動子13の軸方向から見ると「8」の字状に形成されている。「8」の字状の中央の線が交差する部分に相当する箇所には、可動子13の先端または後端を支持する貫通孔3a(図3に図示)がそれぞれ形成されている。また、「8」の字状のマルの内側に相当する箇所には、上述のコイル18またはコイル19を内側に通すことが十分に可能な大きさの貫通孔3b,3cがそれぞれ形成されている。さらに、「8」の字状の最上部および最下部に相当する箇所には、板バネ3をヨーク12に固定するための小孔3dが形成されている。
As shown in FIG. 3, the two
各板バネ3は、共にコイル18の軸方向の途中位置にて可動子13を支持している。より詳細に説明すると、図3に示すように、可動子13の先端を支持する一方の板バネ3は、貫通孔3aに可動子13の先端側を通して固定されると共に、小孔3dに通される図示しないネジ、および小孔3eに通される図示しないネジによって可動子13の中心からコイル18またはコイル19よりも遠い位置にてヨーク12に固定されている。また、可動子13の後端を支持する他方の板バネ3は、貫通孔3aに可動子13の後端側を通して固定されると共に、小孔3d,3eに通された上記ネジによって可動子の中心からコイル18またはコイル19よりも遠い位置にてヨーク12に固定されている。
Each
一方の板バネ3は、貫通孔3bから可動子13の先端側にコイル18を突き出させると共に、貫通孔3cから可動子13の先端側にコイル19を突き出させ、他方の板バネ3は、貫通孔3bから可動子13の後端側にコイル18を突き出させると共に、貫通孔3cから同じく可動子13の後端側にコイル19を突き出させている。可動子13の軸方向に沿う2枚の板バネ3の間隔は、同方向に沿うコイル18またはコイル19の寸法よりも狭くなっており、貫通孔3b,3cは、コイル19との干渉を避けるための「逃げ」としての役割を果たしている。
One
各板バネ3は、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子1を可動子13の先端側および後端側の2箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子1を可動子13の軸方向に往復動可能に支持している。なお、各板バネ3は、可動子1が往復動する際の変形量が、繰り返し弾性変形を強いられることによって疲労し、ついには破壊に至ってしまう可能性のある変形量よりも小さくなるように、可動子13を支持する貫通孔3aから小孔3dまたは3eまでの距離(直線距離ではなく、板バネ自体の長さ)を可能な限り長くしたり、板厚を薄くしたりといった事前の調整がなされている。ただし、その外形は可動子13の軸方向からリニアアクチュエータ全体を見た場合にヨーク12の外形からはみ出さない程度の大きさとなっている。
Each
上記のような構造のリニアアクチュエータ11は、双方のコイル18、19に電流を流していない状態では、図4の曲線aに示すように、ヨーク12、永久磁石16、鉄部材30を経てヨークコイル12をこの順に結ぶループで磁束が形成されると共に、曲線bに示すように、ヨーク12、鉄部材30、永久磁石14を経て結ぶループで磁束が形成される。そして、これらの曲線a、bからなるループによって、ヨーク12、永久磁石16、鉄部材30、可動子13、鉄部材30、永久磁石14およびヨーク12を経る磁束φ1と、永久磁石15、鉄部材30、可動子13、鉄部材30、永久磁石17を経てヨーク12をこの順に結ぶ大ループの磁束φが形成される。
When the
かかる大ループの磁束φは、リニアアクチュエータ11の往復動方向に関して非対称であり、可動子13には基準位置にて図4の矢印方向に推力Pが発生するが、復帰手段である2枚の板バネ3に基準位置にて矢印の逆方向の推力Pが作用するような変形を予め与えて、可動子13がリニアアクチュエータ11の中央からオフセットさせた状態で基準位置にて停止させられている。
The large-loop magnetic flux φ is asymmetric with respect to the reciprocating direction of the
次に、上記構成のリニアアクチュエータ11の作用について説明する。可動子13は非駆動状態にて、永久磁石16から永久磁石14に起磁力が発生し基準位置にて図4の矢印方向に推力Pが発生している。この推力Pは、復帰手段である2枚の板バネ3に基準位置にて矢印の逆方向に推力Pと等しい抗力が予め与えられることによって、可動子13がリニアアクチュエータ11の中央からオフセットした状態で基準位置に停止させられている。
Next, the operation of the
まず、双方のコイル18、19に直流電流を流すことで磁束がS極からN極に導かれることにより、ヨーク12の外周部、円筒面部22、永久磁石16、鉄部材30、可動子13、鉄部材30、永久磁石14、ヨーク12の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。また、同時に第1の永久磁石15と第2の永久磁石17間においても、磁束が、ヨーク12の外周部、円筒面部22、永久磁石17、鉄部材30、可動子13、鉄部材30、永久磁石15、ヨーク12の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。
First, the magnetic flux is guided from the south pole to the north pole by flowing a direct current through both the
したがって、永久磁石16と永久磁石14の間においては永久磁石16から永久磁石14に向かう方向に、永久磁石17と永久磁石15の間においては永久磁石15から永久磁石17に向かう方向に磁束が発生し、永久磁石16と永久磁石14の間において鉄部材30内の磁束が密になり、逆に永久磁石17と永久磁石15の間においては永久磁石15、17による起磁力が打ち消され、起磁力が小さくなる。その結果、可動子13には正方向(図4の左側)に向かう推力Fが作用し、可動子13はその力に押されて同方向に移動する。
Accordingly, magnetic flux is generated between the
上記のリニアアクチュエータ11によれば、可動子13の往復動全範囲を片電源にて駆動させることができる。その結果、一方向の電流で駆動できるストロークを約2倍にすることができる。また、電流の大きさを調整することによって位置決め動作が可能となり、さらに、電流を切ることによって可動子が基準位置に自動復帰する。
According to the
また、変位に対して推力をオフセットし、可動子の基準位置における推力をゼロとすると共にリニアアクチュエータ11の可動子13の変位に略比例した推力を得ることができる。その結果、リニアアクチュエータ11の中央に可動子13がある場合(すなわち、従来のリニアアクチュエータにおける変位ゼロの場合)であっても推力が得られる。さらに、このリニアアクチュエータ11において、永久磁石15及び永久磁石17と鉄部材30とで形成されるギャップよりも永久磁石14及び永久磁石16で形成されるギャップが広く形成されているので、可動子13に対する付勢力を必要に応じて弱めるように調節することができる。
Further, the thrust is offset with respect to the displacement, the thrust at the reference position of the movable element is made zero, and a thrust substantially proportional to the displacement of the
また、永久磁石15及び永久磁石17は、永久磁石14及び永久磁石16に比較して厚さが薄く形成されているので、永久磁石の薄型化により製造コストを削減することができる。さらに、推力等に関しては、欠落させていないものと同等の性能を確保することができる。また、永久磁石15、17を薄く形成することによって、永久磁石の使用量を減らし、製造コストを削減することができる。
Moreover, since the
以上を要約すると、図3に示すような、軸受けに板バネ3を用いたリニアアクチュエータ11の構造にすれば、板バネ3はリニアアクチュエータ11のギャップ方向に対しては剛性が高いため、固定部と可動部間を一定のギャップで保持することができる。その結果、直動方向に対しては板バネ3による薄板の変形で一定ストローク移動させることが可能な直動軸受けとなる。なお、板バネ3によって固定部と可動部の間に働く力はバネ力のみであって摩擦力は発生しない。したがって、この軸受けを回転/直動軸受けの直動用に用いることによって、リニア方向の荷重制御に適した回転/直進アクチュエータを構成することができる。
To summarize the above, if the structure of the
以下、図面を参照しながら、板バネを用いたリニアアクチュエータの具体的な実施例の幾つかについてレシプロモータを例に挙げて説明する。つまり、以下の各実施例では、回転用軸受けと板バネを用いた回転/直動軸受けを組み込んだレシプロモータの構成について説明する。 Hereinafter, some specific examples of a linear actuator using a leaf spring will be described with reference to the drawings, taking a reciprocating motor as an example. That is, in each of the following embodiments, the configuration of a reciprocating motor incorporating a rotation bearing and a rotation / linear motion bearing using a leaf spring will be described.
《実施例1》
図5は、本発明の実施例1に適用されるレシプロモータの構成図であり、(a)は縦断面図、(b)は側面図である。図5に示す実施例1では、シャフト42の両側を支承するそれぞれの回転用軸受け43が各板バネ47の内側に取り付けられた構成の回転/直動軸受けを組み込んだレシプロモータを示している。すなわち、このレシプロモータは、可動部である可動子コア41を固定したシャフト42の両側が、それぞれの回転用軸受け43によって回転自在に支承されている。また、可動子コア41の外周には、永久磁石44、コイル45及び固定子コア46が固定的に配置されている。
Example 1
FIG. 5 is a configuration diagram of a reciprocating motor applied to Example 1 of the present invention, in which (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a side view. The first embodiment shown in FIG. 5 shows a reciprocating motor incorporating a rotation / linear motion bearing having a configuration in which each rotation bearing 43 that supports both sides of the
さらに、両側の回転用軸受け43の外側に配置されたそれぞれの板バネ47は、同図(b)に示すように、「8」の字状に形成されてレシプロモータの両側面に配置されている。両側面の板バネ47の端部は、それぞれ、片側2箇所でモータフレーム48に固定され、それぞれの板バネ47の中心部は回転用軸受け43を固定する外輪固定用ホルダ49と板バネホルダ50に挟まれて固定されている。なお、可動子コア41が取り付けられたシャフト42は両側の回転用軸受け43の内輪に固定されている。
Further, the
このように回転用軸受け43が板バネ47の内側に取り付けられた構成によって、可動部である可動子コア41が取り付けられたシャフト42は、両側面の板バネ47の撓みによってリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43によって自在に回転することができる。
As described above, the
《実施例2》
図6は、本発明の実施例2に適用されるレシプロモータの構成図であり、(a)は縦断面図、(b)は側面図である。図6に示す実施例2では、両側の回転用軸受け43が各板バネ47の外側に取り付けられた構成の回転/直動軸受けを組み込んだレシプロモータを示している。このように、回転用軸受け43が板バネ47の外側に取り付けられていても、可動部である可動子コア41が取り付けられたシャフト42は、両側面の板バネ47の撓みによってリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43によって自在に回転することができる。
Example 2
FIG. 6 is a configuration diagram of a reciprocating motor applied to Example 2 of the present invention, where (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a side view. The second embodiment shown in FIG. 6 shows a reciprocating motor incorporating a rotation / linear motion bearing having a structure in which the
《実施例3》
図7は、本発明の実施例3に適用されるレシプロモータの構成図であり、(a)は縦断面図、(b)は側面図である。図7に示す実施例3のレシプロモータは、回転用軸受けを片側に2個使用した構造をしている。すなわち、両側に配置された回転用軸受け43a,43bは、それぞれ、板バネ47の内側に取り付けられている。このような構成でも、可動子コア41が取り付けられたシャフト42は、両側面の板バネ47の撓みによってリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43a,43bによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ2個用いることによって、軸受けの内部隙間の影響(つまり、ガタ)をなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
Example 3
7A and 7B are configuration diagrams of a reciprocating motor applied to Example 3 of the present invention, in which FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG. 7B is a side view. The reciprocating motor of Example 3 shown in FIG. 7 has a structure using two bearings for rotation on one side. That is, the
なお、特に図示しないが、実施例3の変形として、両側に配置された回転用軸受け43a,43bは、それぞれ、板バネ47の外側に取り付けることもできる。このような構成によっても実施例3と同様な効果が得られる。
Although not particularly illustrated, as a modification of the third embodiment, the
《実施例4》
図8は、本発明の実施例4に適用されるレシプロモータの構成図であり、(a)は縦断面図、(b)は側面図である。図8に示す実施例4のレシプロモータは、回転用軸受けを片側に2個使用した構造をしているが、図7の実施例3と異なるところは、2個の回転用軸受けで板バネを挟んでいるところである。すなわち、両側に配置された回転用軸受け43a,43bは、それぞれ、板バネ47を挟むようにして取り付けられている。このような構成でも、可動子コア41が取り付けられたシャフト42は、両側面の板バネ47の撓みによってリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43a,43bによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ2個用いることによって、軸受けの内部隙間の影響(つまり、ガタ)をなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
Example 4
FIG. 8 is a configuration diagram of a reciprocating motor applied to Example 4 of the present invention, in which (a) is a longitudinal sectional view and (b) is a side view. The reciprocating motor of Example 4 shown in FIG. 8 has a structure in which two rotating bearings are used on one side. However, the difference from Example 3 of FIG. 7 is that the leaf spring is provided by two rotating bearings. It is in the middle. That is, the
《実施例5》
図9は、本発明の実施例5に適用される回転/直進アクチュエータの構成図である。図9に示す実施例5では、回転/直動軸受けを用いた回転/直進(θ−z)アクチュエータの構造を示している。すなわち、リニアモータ部51のリニアモータ可動子51aと回転モータ部52の回転モータ可動子52aが1つのシャフト42に固定されていて、リニアモータ部51と回転モータ部52の両端で回転用軸受け43がシャフト42を支承している。さらに、それぞれの回転用軸受け43の外側に、それぞれ、板バネ47が固定されている。このような回転/直進アクチュエータによれば、リニアモータ部51の作用によって直進動作を行うことができると共に、回転モータ部52の作用によって回転動作を行うこともできる。
Example 5
FIG. 9 is a configuration diagram of a rotary / straight actuator applied to the fifth embodiment of the present invention. In Example 5 shown in FIG. 9, the structure of the rotation / straight-forward (θ-z) actuator using the rotation / linear motion bearing is shown. That is, the linear motor
また、このような回転/直進アクチュエータの回転/直動軸受けによって、シャフト42は、リニアモータ可動子51aと両側面の板バネ47の撓みとによりリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43によって回転モータ可動子52aに固定されたシャフト42を自在に回転させることができる。
Further, by such rotation / linear motion bearing of the rotation / linear advance actuator, the
図11は、図9に示す回転モータ部52の構成図であり、(a)は断面図、(b)は側面図である。すなわち、回転モータ部52は、ステータコア53にコイル54が取り付けられて固定子が形成され、シャフト42に取り付けれたロータコア55及び永久磁石56によって回転子が形成されている。
11 is a configuration diagram of the
《実施例6》
図10は、本発明の実施例6に適用される回転/直進アクチュエータの構成図である。図10に示す実施例6の回転/直進アクチュエータの構成が、図9に示す実施例5の回転/直進アクチュエータの構成と異なるところは、回転モータ部52を一方の回転用軸受け43及び板バネ47からなる回転/直動軸受けの外側に取り付けたところである。このような構成でも、シャフト42は、リニアモータ可動子51aと両側面の板バネ47の撓みとによってリニア方向(図の左右方向)へ直動することができると同時に、回転用軸受け43によって回転モータ可動子52aに固定されたシャフト42を自在に回転させることができる。なお、回転モータ部52の構成は図11と同じである。
Example 6
FIG. 10 is a configuration diagram of a rotary / straight actuator applied to the sixth embodiment of the present invention. The configuration of the rotary / straight actuator of the sixth embodiment shown in FIG. 10 is different from the configuration of the rotary / straight actuator of the fifth embodiment shown in FIG. 9 in that the
上記の実施例1から実施例4においては、リニアアクチュエータとしてレシプロモータを用いているが、ボイスコイルモータ、可動鉄心型リニアアクチュエータ、あるいは多相リニアモータなどを用いても同様の効果が得られる。また、実施例5及び実施例6の回転モータにおいても、上記の各実施例では永久磁石式モータを用いたが、ステッピングモータなどを用いても同様に効果が得られる。 In the first to fourth embodiments, a reciprocating motor is used as the linear actuator. However, the same effect can be obtained by using a voice coil motor, a movable iron core type linear actuator, a multiphase linear motor, or the like. In the rotary motors of the fifth and sixth embodiments, the permanent magnet motor is used in each of the above embodiments, but the same effect can be obtained by using a stepping motor or the like.
本発明のアクチュエータによれば、直動方向の摩擦抵抗を低減できる回転/直動軸受けを簡単な構造によって実現しているので、回転機能と直進機能を備えた回転/直進アクチュエータに容易に適用することができる。したがって、半導体搬送装置などに用いられる回転/直進アクチュエータとして有効に利用することができる。 According to the actuator of the present invention, since the rotation / linear motion bearing capable of reducing the frictional resistance in the linear motion direction is realized with a simple structure, it can be easily applied to a rotation / linear motion actuator having a rotational function and a linear motion function. be able to. Therefore, it can be effectively used as a rotary / straight actuator used in a semiconductor transfer device or the like.
3 板バネ(復帰手段)
11 リニアアクチュエータ
12 ヨーク(固定子)
13 可動子
14、15 第1の永久磁石(永久磁石)
16、17 第2の永久磁石(永久磁石)
18、19 コイル
30 鉄片(鉄部材)
41 可動子コア
42 シャフト
43、43a、43b 回転用軸受け
44 永久磁石
45 コイル
46 固定子コア
47 板バネ
48 モータフレーム
49 外輪固定用ホルダ
50 板バネホルダ
51 リニアモータ部
51a リニアモータ可動子
52 回転モータ部
52a 回転モータ可動子
53 ステータコア
54 コイル
55 ロータコア
56 永久磁石
3 Leaf spring (return means)
11
13
16, 17 Second permanent magnet (permanent magnet)
18, 19
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記回転/直動軸受けは、
回転運動を行う前記シャフトを支承する回転用軸受けと、直進運動を行う前記シャフトを支承する所定の弾性力を有する板バネとによって構成され、
前記回転用軸受けは、前記シャフトの両側において、それぞれ複数個で該シャフトを支承し、
前記シャフトの両側のそれぞれにおいて、前記回転用軸受と前記板バネとの組が前記シャフトを支承することを特徴とするアクチュエータ。 An actuator having a rotation / linear motion bearing for supporting a shaft that performs rotational motion and linear motion,
The rotary / linear bearing is
It is constituted by a bearing for rotation that supports the shaft that performs the rotational motion, and a leaf spring having a predetermined elastic force that supports the shaft that performs the linear motion ,
The rotating bearings support the shaft in plural on both sides of the shaft,
An actuator characterized in that a pair of the rotation bearing and the leaf spring supports the shaft on each of both sides of the shaft .
前記回転/直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The actuator is a linear actuator that performs linear motion,
The rotary / linear bearing is
The rotary actuator is configured to support the shaft that transmits the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides, and the leaf springs are fixed to the outer sides of the rotary bearings. The actuator according to claim 1.
前記回転/直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの内側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The actuator is a linear actuator that performs linear motion,
The rotary / linear bearing is
The rotary actuator is configured to support the shaft for transmitting the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides, and the leaf springs are fixed to the inner sides of the rotary bearings. The actuator according to claim 1.
前記回転/直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承するそれぞれ2個の前記回転用軸受けと、前記シャフトの一方の側の2個の前記回転用軸受けの間と、前記シャフトの他方の側の2個の前記回転用軸受けの間とのそれぞれに挟まれて固着されたそれぞれの前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The actuator is a linear actuator that performs linear motion,
The rotary / linear bearing is
Each of the two bearings for rotation that supports the shaft that transmits the linear motion of the linear actuator to the outside on both sides, between the two bearings for rotation on one side of the shaft, and the other of the shafts 2. The actuator according to claim 1, wherein each of the leaf springs is sandwiched and fixed between each of the two bearings for rotation on the same side .
前記回転/直動軸受けは、
前記回転/直進アクチュエータの回転運動と直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The actuator is a rotary / linear actuator that performs a rotational motion and a linear motion,
The rotary / linear bearing is
The rotary / linear actuator is constituted by the rotary bearing for supporting the shaft for transmitting the rotary motion and the linear motion to the outside on both sides, and the leaf spring fixed to the outside of the rotary bearing. The actuator according to claim 1.
前記回転用軸受けは、前記回転モータ部とリニアモータ部の両外側に突出された前記シャフトを支承し、
前記板バネは、前記回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている
ことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。 The rotary / straight actuator includes a rotary motor unit that performs a rotary motion and a linear motor unit that performs a linear motion,
The rotating bearing supports the shaft protruding from both outer sides of the rotary motor unit and the linear motor unit,
The actuator according to claim 5 , wherein the leaf spring is fixed to the outside of each of the rotation bearings.
前記回転用軸受けは、リニアモータ部の両外側に突出された前記シャフトを支承し、
前記板バネは、前記回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている
ことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。 The rotary / straight actuator includes a rotary motor unit that performs a rotary motion and a linear motor unit that performs a linear motion,
The rotating bearing supports the shaft protruding on both outer sides of the linear motor portion,
The actuator according to claim 5 , wherein the leaf spring is fixed to the outside of each of the rotation bearings.
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