JP4772625B2 - リニアモータ及びそれを用いた実装装置 - Google Patents

Description

この発明は、可動子の位置に応じて変化する負荷に抗して駆動されるリニアモータとそれを用いた実装装置に関する。

リニアモータは非接触で任意の方向に推力を与えることができるので、歯車や車輪などの推進のための伝達機構を必要とせず、駆動機構が簡単で、高速かつ高い位置決め精度が実現できる特徴がある。通常のリニアモータは可動子と固定子間の対向長が一定であり、鎖交磁束も全可動範囲で一定になるようになっている。このようなリニアモータは搬送用や工作機械用などのように一定の負荷を駆動する場合に適している。

一定の負荷を駆動するリニアモータを小型・軽量化する方法として、永久磁石を備えた可動子とコイルを備えた固定子との対向長が変化する範囲まで可動子の可動方向長を短縮した例が特許文献１に示されている。

特許文献１に示されたリニアモータは、可動範囲の端部に位置するときに可動子と固定子の対向する長さが固定子長の約半分になるようにしていた。同時に可動子の位置によらず鎖交磁束をほぼ一定にするために、可動子端部の永久磁石の磁石長を可動子中央部の永久磁石の磁石長の２倍にしていた。

リニアモータの他の用途として、可動子の一方向の移動に伴って負荷が単調に変化する鉛直方向駆動用がある。電子部品の実装装置のヘッドは、電子部品を吸着するノズルとそれを鉛直方向に駆動するリニアモータで構成される。一般的にノズルの落下を防止するためノズルをばねで吊る構造となっている。リニアモータの最大推力は最降下位置におけるばねの最大抗力を基準に定めている。

特開平５−１６１３３９号報（図１及び４）

上記のような従来のリニアモータは、可動子の位置によらずほぼ一定の鎖交磁束にして同等の推力を出していたので、可動子の一方向の移動に伴って負荷が増加する用途に適用すると、可動子が負荷の抗力の弱い位置にあるときに推力が必要以上に出せる物理的な構造となり、リニアモータの小型・軽量化を十分図れなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態において余分な推力を出さずに小型・軽量化することを目的とする。またそのリニアモータを用いた小型・軽量の実装装置を得ることを目的とする。

この発明にかかるリニアモータは、可動子の移動に伴って抗力が増加する負荷を一端に有している。負荷の抗力が最小であるときに可動子を固定子の一部に対向して配置する。そして可動子と固定子間の鎖交磁束は負荷の抗力の増加に伴って増加する。

この発明は、増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態において余分な推力を出さずに小型・軽量化することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるリニアモータとそれを用いたコンプレッサの概略構成図である。円筒状の駆動軸１に設けられた永久磁石２が、径方向に着磁されたＮ極、Ｓ極の磁極が交互に配置される。永久磁石２とこの永久磁石２が配置された駆動軸１の部分とで可動子３を構成する。駆動軸１は鉄製であり永久磁石２の可動子鉄心の役割も果たしている。可動子３を囲む円筒状の固定子４は固定子鉄心５と複数の巻線６を有している。軸受け７は固定子４の両端近傍に配置され、駆動軸１及び可動子３を一定の空隙を隔てて支えている。駆動軸１の一端と駆動装置のハウジング８にばね９が接続される。駆動軸１の他の一端はピストン１０に接続される。可動子３は、ばね９が自然長となる初期位置で固定子４と可動子３のそれぞれが一部対向するように配置される。初期位置での固定子４と可動子３の対向長（以後初期対向長と呼ぶ）は例えば固定子長の１／３の長さである。

固定子４の巻線６に電流制御装置（図示せず）から３相交流の電流を供給すると、永久磁石２の磁束が巻線６を流れる電流に作用し、電流にローレンツ力が働く。そのローレンツ力の反作用として推力を受けて可動子３は負荷となるばね９の反発力に抗して右方向に移動する。可動子３と一体となった駆動軸１が移動することでピストン１０はシリンダ１１内を移動して空気を圧縮する。可動子３の位置を検出する磁極センサ１２が、所定の制御位置を検出すると開口部１３の開閉弁（図示せず）を開き圧縮空気を開口部１３から排出する。さらに可動子３が移動して磁極センサ１２が駆動終端を検出すると電流制御装置は電流の供給を停止する。電流の供給が停止されると永久磁石２の磁束と電流の作用によって発生する推力がなくなり、ばね９の抗力によって駆動軸１は引き戻される。駆動軸１は徐々に運動エネルギーを得るが、ストッパ１４に当たって運動エネルギーを失う。最終的に駆動軸１の運動エネルギーが消滅し、ばね８が自然長となる位置で停止する。

次に本実施の形態のリニアモータの動作を詳細に説明する。図２は本実施の形態のリニアモータの動作を説明するための模式図である。図において、図１と同一の記号は同一或いは相当するものである。ばね９が自然長となる状態で可動子３は静止している。このとき可動子３と固定子４との間の鎖交磁束が可動範囲で最小になっている。可動子３の永久磁石２の２つ磁極が固定子６の３つの巻線と対向しており、即ち極数：スロット数＝２：３になっている。Ｌは可動子３が可動する方向の固定子４の長さであり、Ｌｍは可動子３の可動方向の長さであり永久磁石２の配置された長さに相当する。Ｌａは初期対向長である。ΔＸはばね９が自然長になっている位置を基準にばね９の抗力が増大する方向を正にした可動子３の移動距離である。

巻線６に電流を供給して可動子３を駆動する場合を考える。質量がＭである可動子３が加速度ａで移動すると、可動子３を加速する力ＴはＭ×ａである。リニアモータの推力Ｆは、可動子３を加速する力Ｔとばね９の抗力Ｆｒの和と等しくなる。通常ばね９の抗力Ｆｒは移動距離ΔＸの１次関数で近似できる。ばね９のばね定数をｋとすると、リニアモータの推力Ｆは式（１）で表される。
Ｆ＝Ｔ＋ｋ×ΔＸ （１）
図３は移動距離ΔＸ（横軸）と推力Ｆ及び抗力Ｆｒ（縦軸）の関係を表している。一般的にリニアモータの推力Ｆは、モータの構成で定まる係数（以降モータ係数と呼ぶ）をＫ、可動子と固定子間の鎖交磁束をφ、巻線６に供給する電流をＩとすると式（２）で表される。
Ｆ＝Ｋ×φ×Ｉ （２）
モータ係数Ｋは、隣接する永久磁石２のピッチをτ、巻線６の巻き方によって定まる巻線係数Ｋｗ（無次元）、円周率をπとすると式（３）で表される。
Ｋ＝（π／τ）×Ｋｗ （３）
尚、モータ係数Ｋの次元は［１／Ｍ］である。

可動子３と固定子４の対向長が変化する範囲において移動距離ΔＸに対する鎖交磁束φの変化の形を移動距離ΔＸに対するばね９の抗力Ｆｒの変化の形と略同一になるように設計することができる。即ち図４に示すように可動子３と固定子４の対向する長さに比例して増加し、この対向する長さが固定子４の長さＬになったときに最大値φｍａｘになるように設計することができる。例えば可動子３の各永久磁石２の単位面積あたりの磁力と面積が等しいものを同一のピッチで並べればよい。図４において縦軸及び横軸は鎖交磁束φ及び移動距離ΔＸである。可動子３と固定子４間の対向長は、可動子の移動に伴って増加し、移動距離ΔＸがＬ−Ｌａ以降で一定値Ｌになるので、鎖交磁束φも移動距離ΔＸがＬ−Ｌａ以降で一定φｍａｘとなる。したがって鎖交磁束φは、−Ｌａ≦ΔＸ≦Ｌ−Ｌａの範囲でφｍａｘを使って以下のようにΔＸの１次関数で表される。
φ＝（Ｌａ＋ΔＸ）×φｍａｘ／Ｌ （４）
式（４）を式（２）に代入するとリニアモータの推力Ｆは式（５）で表される。
Ｆ＝Ｋ×（Ｌａ＋ΔＸ）×φｍａｘ／Ｌ×Ｉ （５）

ここで、可動子３がばね９の抗力が最小となる可動範囲の端部にあるとき即ちΔＸ＝０である場合を考える。このときの推力Ｆは式（５）のΔＸに０を代入することで、
Ｆ（ΔＸ＝０）＝Ｋ×Ｌａ×φｍａｘ／Ｌ×Ｉ （６）
となる。式（６）の右辺は式（２）の右辺のφ（ΔＸ＝０）をＬａ×φｍａｘ／Ｌに置き換えたものと等しい。最大負荷を駆動するときに必要な最大推力はＫ×φｍａｘ×Ｉｍａｘなので、ΔＸ＝０における出力可能な推力Ｆｍａｘは式（６）のＩにＩｍａｘを代入することで、
Ｆｍａｘ（ΔＸ＝０）＝Ｋ×Ｌａ×φｍａｘ／Ｌ×Ｉｍａｘ （６ａ）
となる。

次にΔＸ＝０での従来のリニアモータの推力Ｆについて考える。従来のリニアモータの推力Ｆも式（２）で表される。従来のリニアモータは鎖交磁束φがφｍａｘで一定なので、ΔＸ＝０のときの推力Ｆは式（２）のφにφｍａｘを代入することで、
Ｆ（ΔＸ＝０）＝Ｋ×φｍａｘ×Ｉ （７）
となる。最大負荷を駆動するときに必要な最大推力はＫ×φｍａｘ×Ｉｍａｘであり、ΔＸ＝０における出力可能な推力Ｆｍａｘは式（７）のＩにＩｍａｘを代入することで、
Ｆｍａｘ（ΔＸ＝０）＝Ｋ×φｍａｘ×Ｉｍａｘ （７ａ）
となる。

上述のように初期対向長がＬである従来とは異なり、本実施の形態１は初期対向長がＬよりも短いＬａである。即ち本実施の形態１の可動子３の負荷となるばね９が接続された端部はばね９に近い固定子４の端部からＬｍ−Ｌａだけ離れた位置に配置した。これにより可動子３がばね９の抗力が最小となる可動範囲の端部にあるとき、式（６ａ）で表される本実施の形態１のリニアモータの出力可能な推力Ｆｍａｘは、式（７ａ）で表される従来のリニアモータの推力ＦｍａｘよりもＬａ／Ｌ倍に小さくでき、余分な推力を出さないようにすることができる。またリニアモータの可動距離を同一にする場合、本実施の形態１のリニアモータは固定子４の長さを従来に比べＬｍ−Ｌａだけ短くできるのでリニアモータの小型・軽量化ができる。

次に駆動制御の特徴について述べる。巻線６に電流を供給して可動子３を駆動させる場合に、可動子３を加速する力Ｔ及び電流Iは、式（１）と式（５）の右辺を比較することでそれぞれ以下のように導出される。
Ｔ＝Ｋ×Ｌａ×φｍａｘ／Ｌ×Ｉ （８）
ｋ＝Ｋ×φｍａｘ／Ｌ×Ｉ （９）
式（９）を変形すると電流Ｉは式（１０）で表される。
Ｉ＝（ｋ×Ｌ）／（Ｋ×φｍａｘ） （１０）
式（１０）を式（８）に代入すると可動子３を加速する力Ｔは式（１１）で表される。
Ｔ＝ｋ×Ｌａ （１１）

ばね定数ｋ・固定子４の長さＬ・モータ係数Ｋ・最大鎖交磁束φｍａｘが一定であるので、式（１０）で表される電流Ｉは一定である。初期対向長Ｌａも一定なので、その一定電流を巻線６に供給することで、可動子３は固定子４と対向する長さが変化する範囲において、式（１１）に示すように移動距離ΔＸに関係なくｋ×Ｌａで表される一定の力で加速される。従って式（１０）で表される一定電流Ｉにより可動子３は加速度ａがｋ×Ｌａ／Ｍである等加速度で駆動される。

一定電流を供給して所望の加速度で可動子３を等加速度駆動させるには、３つの物理パラメータ即ちばね定数ｋ・可動子３の質量Ｍ・初期対向長Ｌａと、さらに３つの物理パラメータ即ち固定子４の長さＬ・モータ係数Ｋ・最大鎖交磁束φｍａｘを選定することで達成できる。

一方、従来のリニアモータは鎖交磁束φがφｍａｘで一定なので、所望の加速度で可動子３を等加速度駆動させるには、電流を負荷の変化に比例させて制御する必要がある。

したがって所望の加速度で可動子３を等加速度駆動させる場合、電流を負荷の変化に比例させて制御する従来とは異なり、本実施の形態のリニアモータは一定電流供給で等加速度駆動させることができる。これにより等加速度駆動の制御が簡略化できる。

次に可動子３を可動子３が固定子４と対向する長さが変化する範囲で停止させる場合を考える。巻線６に供給する電流を所定の電流値Ｉ１にすることで所定の位置ΔＸ１で停止させる。ここで、この所定の電流値Ｉ１は、移動距離がΔＸ１となる位置で可動子３を加速する力Ｔがゼロとなるときの電流値である。したがって式（１）の左辺に式（５）を代入した式にＴ＝０を代入すると、
Ｋ×（Ｌａ＋ΔＸ１）×φｍａｘ／Ｌ×Ｉ１＝ｋ×ΔＸ１ （１２）
となる。式（１２）を変形することで電流値Ｉ１を導出することこができる。
Ｉ１＝ｋ×ΔＸ１×Ｌ／（Ｋ×（Ｌａ＋ΔＸ１）×φｍａｘ） （１２ａ）
電流値Ｉ１を巻線６に供給している間、リニアモータの推力とばね９の抗力Ｆｒが釣り合って移動距離がΔＸ１となる位置で停止している。

次に可動子３を左方向に戻す場合は、巻線６に供給する電流Ｉをゼロにする。これによりリニアモータの推力は消滅してばね９の抗力Ｆｒによって可動子３は引き戻される。そして可動子３は左方向に移動しながら運動エネルギーを得るが、リニアモータが備えたストッパ１４に当たって運動エネルギーを失う。最終的に駆動軸１の運動エネルギーが消滅し、ばね８が自然長となる位置で停止する。したがって図１で示した駆動装置のように停止保持が不要な用途では、巻線６に供給する電流を２段階に制御するだけでリニアモータを運転することができる。

以上のように、本実施の形態のリニアモータは従来とは異なり、増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態に余分な推力を出さずに小型・軽量化することができる。また一定電流供給で等加速度駆動させることができ、等加速度駆動の制御が簡略化できる。

また、図１では固定子４の巻線６は鉄製のティースで区切られたスロットが無い状態で配置されており、即ち固定子４はスロットレス構造になっている。スロットがある場合は鉄製のティースが可動子３の永久磁石２の近くにある構造となる。スロットがある構造では永久磁石２が鉄製のティースを引き付けるので、可動子３の移動に伴って永久磁石２とティースの距離が周期的に変化することで推力に特有の脈動が発生する。しかしスロットレス構造では鉄製のティースがないため、推力の脈動成分を低減することができる。

尚、ばね９の抗力Ｆｒを移動距離ΔＸの１次関数で近似した場合で説明したが、ばねの種類やばねを伸ばす範囲によってはばね９の抗力Ｆｒを移動距離ΔＸの２次関数で近似した方が正確になる。この場合も上記と同様に移動距離ΔＸに対する鎖交磁束φの変化の形を移動距離ΔＸに対するばね９の抗力Ｆｒの変化の形と略同一になるように設計することで、所定の一定電流Ｉで可動子３を加速する力Ｔをより正確に一定にできる。

また、今まで円筒状の可動子３と固定子４のリニアモータで説明したが、他の形状の可動子３と固定子４のリニアモータであっても同様の効果が得られる。図５はこの実施の形態で用いるリニアモータの第２の例を示すリニアモータの斜視図である。図において、図１と同一の記号は同一或いは相当するものであり、１５は可動子鉄心である。巻線６は固定子鉄心５のティースに巻かれており、巻線６に電流を供給して発生する磁束を強くすることができる。また図６はこの実施の形態で用いるリニアモータの第３の例を示すリニアモータの斜視図である。図において、図５と同一の記号は同一或いは相当するものである。このリニアモータは第２のリニアモータとはスロットレス構造になっている点で異なる。どちらの場合も可動子３と固定子４のそれぞれの形状が板状となっており、可動子３と固定子４の可動方向と垂直方向（図において上下方向）の厚さを薄くすることが要求される場合に適している。これらの形状は他の実施の形態にも適用できる。尚、円筒状の可動子３と固定子４のリニアモータは、図５及び６のような板状の可動子３の永久磁石２の側面が開放されているものとは異なり、可動子３の永久磁石２を固定子４で囲っている。このため円筒状の可動子３と固定子４のリニアモータは、図５及び６のような板状の可動子３の永久磁石２の側面から発生する漏れ磁束がなく、固定子４との鎖交磁束を無駄なく利用できる利点がある。

実施の形態２．
実施の形態１では横方向に駆動するリニアモータの例を示したが、鉛直方向に駆動する場合であっても増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態に余分な推力を出さずに小型・軽量化することができるので、以下に説明する。

図７及び図８は、この発明の実施の形態２におけるリニアモータ及びそれを用いた部品移動装置の概略構成図並びにリニアモータの動作を説明するための模式図である。図において、図１と同一の記号は同一或いは相当するものであり、１６は電子部品などを吸着するノズル、１７はノズル１６及び可動子３と一体となった駆動軸１を含む可動体である。可動子３及び固定子４は可動子３の駆動方向が鉛直方向になるように配置される。巻線６に電流制御装置（図示せず）から電流が供給されていない初期状態おける可動子３は、ばね９が自然長から初期移動距離Ｘ０だけ伸びた状態で可動体１７の自重Ｍ×ｇ（以後Ｍｇと略す）と釣り合い、可動方向の長さＬａで固定子４と対向して静止している。移動距離ΔＸはばね９がＸ０だけ伸びた位置を基準にばね９の抗力が増大する方向を正とする。ここでＭは可動体１７の質量であり、ｇは重力加速度である。

巻線６に電流を供給して可動体１７を駆動させる場合を考える。可動子３を加速する力Ｔは、加速の原動力となるリニアモータの推力Ｆからエネルギーロスとなるばね９の抗力Ｆｒを減じたものに重力によって付加される加速する力である自重Ｍｇを加えたものと等しくなる。通常ばね９の抗力Ｆｒは移動距離ΔＸの１次関数で近似できる。ばね９のばね定数をｋとすると、可動子３を加速する力Ｔは以下のように表される。
Ｔ＝Ｆ−ｋ×（Ｘ０＋ΔＸ）＋Ｍｇ
この式を変形することでリニアモータの推力Ｆは式（１３）で表される。
Ｆ＝Ｔ−Ｍｇ＋ｋ×（Ｘ０＋ΔＸ） （１３）
図９は移動距離ΔＸ（横軸）と推力Ｆ及び抗力Ｆｒ（縦軸）の関係を表している。可動子と固定子間の鎖交磁束をφ、巻線６に供給する電流をＩとすると、実施の形態１と同様に式（２）で表される。ΔＸ＝０の初期状態でばね９の抗力Ｆｒと可動体１７の自重Ｍｇが釣り合っているので、ｋ×Ｘ０＝Ｍｇの関係が成り立っている。この関係を使って式（１３）を簡略化すると式（１３ａ）になる
Ｆ＝Ｔ＋ｋ×ΔＸ （１３ａ）
式（１３ａ）は式（１）と同一となる。

実施の形態１と同様に、移動距離ΔＸに対する鎖交磁束φの変化の形を移動距離ΔＸに対するばね９の抗力Ｆｒの変化の形と略同一になるように設計することができる。即ち図４に示すように可動子３が移動して固定子４と対向する長さに比例して増加し、この対向する長さが固定子４の長さＬになったときに最大値φｍａｘになるように設計することができる。鎖交磁束φは、−Ｌａ≦ΔＸ≦Ｌの範囲でφｍａｘを使って式（４）で表され、リニアモータの推力Ｆは式（５）で表される。

本実施の形態でもリニアモータの推力Ｆは実施の形態１と同じ式（５）で表されるので、実施の形態１と同様に可動子３がばね９の抗力が最小となる可動範囲の端部にあるとき即ちΔＸ＝０である場合における出力可能な推力Ｆｍａｘを考えることができる。

本実施の形態でも実施の形態１と同様に可動子３が負荷となるばね９から受ける抗力が最小となる可動範囲の端部にあるとき、本実施の形態の可動子３のばね９が接続された端部は固定子４のばね９に近い端部からＬｍ−Ｌａだけ離れた位置に配置した。これにより可動子３がばね９の抗力が最小となる可動範囲の端部にあるとき、式（６ａ）で表される本実施の形態のリニアモータの出力可能な推力Ｆｍａｘは、式（７ａ）で表される従来のリニアモータの推力ＦｍａｘよりもＬａ／Ｌ倍に小さくでき、余分な推力を出さないようにすることができる。またリニアモータの可動距離を同一にする場合、本実施の形態のリニアモータは固定子４の長さを従来に比べＬｍ−Ｌａだけ短くできるのでリニアモータの小型・軽量化ができる。

次に駆動制御の特徴について述べる。巻線６に電流を供給して可動体１７を駆動させる場合に、可動体１７を加速する力Ｔ及び電流Ｉは、式（１３ａ）と式（５）の右辺を比較することでそれぞれ導出される。式（１３ａ）は式（１）と同一なので、実施の形態１の式（８）乃至（１１）と同一の関係式が成り立つ。

ばね定数ｋ・固定子４の長さＬ・モータ係数Ｋ・最大鎖交磁束φｍａｘが一定であるので、式（１０）で表される電流Ｉは一定である。初期対向長Ｌａ・初期移動距離Ｘ０も一定なので、その一定電流Ｉを巻線６に供給することで、可動子３が固定子４と対向する長さが変化する範囲において、可動体１７は式（１１）に示すように移動距離ΔＸに関係なく、ばね定数ｋ及び初期移動距離Ｘ０と初期対向長Ｌａで表される一定の力を受ける。従って式（１０）で表される一定電流Ｉにより可動体１７は加速度ａがＴ／Ｍである等加速度で駆動することができる。

所望の加速度で等加速度駆動させるには、実施の形態１と同様に６つの物理パラメータ即ちばね定数ｋ・初期対向長Ｌａ・固定子４の長さＬ・モータ係数Ｋ・最大鎖交磁束φｍａｘ・可動体１７の質量Ｍを選定することで達成できる。

次に部品移動装置の動作について説明する。まず巻線６に電流制御装置から電流が供給されていない初期状態ではばね９が自然長から初期移動距離Ｘ０だけ伸びた状態で初期対向長がＬａとなるように可動子３は固定子４と対向して静止している。電流制御装置が式（１０）に示す一定電流Ｉを巻線６に供給することで、ばね９の抗力に抗して可動体１７は下方向に加速度Ｔ／Ｍで等加速度駆動する。そして磁極センサ１２が停止させたい位置の手前の制御位置を検出すると電流制御装置は巻線６に供給する電流を所定の電流値Ｉ１にして、可動子３が固定子４と対向する長さが変化する範囲の所定の位置即ち移動距離がΔＸ１となる位置で停止させる。そして電子部品をノズル１６で吸着する。ここで、この所定の電流値Ｉ１は、移動距離がΔＸ１となる位置で可動体１７を加速する力Ｔがゼロとなるときの電流値である。したがって式（１３ａ）の左辺に式（５）を代入した式にＴ＝０を代入することで、式（１２）及び（１２ａ）と同一の式を得る。

次に可動体１７を上方に戻す場合は、電流制御装置が巻線６に供給する電流Ｉをゼロにする。これによりリニアモータの推力は消滅してばね９の抗力Ｆｒによって可動体１７は引き戻される。そして可動体１７は引き戻されて運動エネルギーを得るが、上昇するに従って位置エネルギーが増大する。可動体１７は位置エネルギーが増大するに従って運動エネルギーは減少する。最終的に運動エネルギーが消滅し、可動体１７はばね９と自重Ｍｇが釣り合う初期状態の位置に戻る。したがって本実施の形態のリニアモータは巻線６に供給する電流を３段階に制御するだけで、等加速度駆動及び停止と初期位置移動させることができる。尚、ばね９は初期移動距離Ｘ０より短くなったとしてもハウジング８に衝突することがないように、ばね定数ｋや可動体１７の質量Ｍを選定してある。

以上のように、本実施の形態のリニアモータは実施の形態１と同様に増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態に余分な推力を出さずに小型・軽量化することができる。また実施の形態１とは異なり鉛直方向に駆動するので、実施の形態１で必要だったストッパ１４を削除しても、可動体１７は大きな衝撃を受けることなく初期位置に戻ることができる。したがって本実施の形態は実施の形態１よりも構造を簡略化することができる。

尚、今まで永久磁石２を備えた可動子３と巻線６を備えた固定子４の構成によるリニアモータで説明したが、永久磁石２を備えた固定子４と巻線６を備えた可動子３の構成であっても本実施の形態のリニアモータは増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態に余分な推力を出さずに小型・軽量化することができる。このようなリニアモータの形状は他の実施の形態にも適用できる。

図１０は、この発明の実施の形態２における他の形状のリニアモータを用いた駆動装置の概略構成図である。図において、図７と同一の記号は同一或いは相当するものであり、１８は固定子軸、１９は可動子鉄心、２０は可動子３とハウジング８の衝突防止用の緩衝体である。

また、今までリニアモータを鉛直方向に駆動する場合で説明したが、略鉛直方向の駆動であっても構わない。可動体１７の自重Ｍｇの駆動方向成分を考えればよい。

尚、上述の実施の形態１及び２ではリニアモータの一方向の駆動に応じて抗力Ｆｒを可動子３に与える負荷としてばねで説明したが、ゴムのような他の弾性体であっても構わない。さらに弾性体が伸長することで可動子３に抗力Ｆｒを与える例に限らない。弾性体を圧縮することで可動子３に抗力Ｆｒを与える場合であっても、移動距離ΔＸに対する鎖交磁束φの変化の形を移動距離ΔＸに対するばね９の抗力Ｆｒの変化の形と略同一になるように設計することで、増加する負荷に抗して駆動されるリニアモータを負荷の抗力が弱い初期の状態に余分な推力を出さずに小型・軽量化することができる。また油圧ダンパに接続したばねのような粘性体と弾性体とを組み合わせた負荷であっても同様の効果が得られる。

また、リニアモータの極数及びスロット数として極数：スロット数＝２：３で説明したが、これに限ることなく他の比率であっても構わない。可動子或いは固定子の一方が永久磁石の場合で説明したが、電磁石で磁束を発生させても構わない。

実施の形態３．
実施の形態２では略鉛直方向に駆動するリニアモータについて説明したが、実施の形態２で示したリニアモータを実装装置のヘッドの駆動部に用いることができる。図１１は実施の形態３における実装装置の概略構成図である。図において２２はガイド２３を挟み込んで移動するリニアモータで構成されたＸ駆動装置であり、２４はガイド２５を挟み込んで移動するリニアモータ構成され、Ｘ駆動装置２２によって駆動されるＹ駆動装置である。２６はＹ駆動装置２４で駆動され、鉛直方向に駆動するリニアモータを備えたヘッドである。図において、図７と同一の記号は同一或いは相当するものである。

次に実装装置の動作について説明する。基板２８はベルト２７で運ばれて所定の位置で停止する。電子部品２９を並べた部品パレット３０の上方にＸ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４を駆動してヘッド２６を移動させる。式（１０）に示す所定の一定電流Ｉをヘッド２６に供給してノズル１６を初期位置から等加速度駆動で下降させる。ノズル１６が電子部品２９に近づいたことを磁極センサ１２（図示せず）で検出すると、式（１２ａ）に示す一定電流Ｉ１をヘッド２６に供給してノズル１６を所定の高さ（ΔＸ＝ΔＸ１）で停止させる。電子部品２９をノズル１６で吸着させ、ヘッド２６に供給する電流を切断してノズルを初期位置に戻す。次にＸ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４を駆動してヘッド２６を基板２８の部品配置位置の上方に移動させる。所定の一定電流Ｉをヘッド２６に供給してノズル１６を初期位置から等加速度駆動で下降させる。ノズル１６が基板２８に近づいたことを磁極センサ１２で検出すると、一定電流Ｉ２をヘッド２６に供給してノズル１６を所定の高さ（ΔＸ＝ΔＸ２）で停止させる。電子部品３０を基板２８に実装し、ヘッド２６に供給する電流を切断してノズルを初期位置に戻す。尚、電流Ｉ２は式（１２ａ）のΔＸ１をΔＸ２に変えたものである。

以上のように本実施の形態の電子部品の実装装置は、従来に比べて小型・軽量化したリニアモータをヘッドに用いたので、Ｘ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４の必要な推力を低減できる。これによりＸ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４の構造を小型・軽量化できる。またＸ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４の巻線に供給する電流を低減できるので、Ｘ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４の電流制御装置の電流容量が低減することで電流制御装置の小型化ができる。したがって小型・軽量化したリニアモータをヘッドに用いることで、電子部品のような小型部品の実装装置を小型・軽量化することができる。

尚、Ｘ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４はリニアモータで駆動する例で説明したが、ボールねじ式の駆動装置であっても構わない。この場合、ヘッドに小型・軽量化したリニアモータを適用することで、Ｘ駆動装置２２及びＹ駆動装置２４のトルクを低減できる。これによりモータの小型化ができる。

また、電子部品２９を実装するヘッドの駆動方向を略鉛直方向で説明したが、略Ｘ方向或いは略Ｙ方向にも適用できる。この場合、電子部品をノズルで吸着する方式から側面を挟んで保持する方式に変えたり、可動子３がばね等の負荷の反発力で初期位置に戻って停止させるストッパ１４の衝撃吸収作用が高いものなどを利用すれば、電子部品２９がずれることもなく実装することができる。

尚、上述の実施の形態では、等加速度駆動で駆動させる例で説明したが、等加速度駆動させ所定の速度に達した後に等速度駆動することもできる。

この発明の実施の形態１におけるリニアモータの概略構成図である。 この発明の実施の形態１におけるリニアモータの動作説明図である。 この発明の実施の形態１における可動子位置の力を示す図である。 この発明の実施の形態１における可動子位置の鎖交磁束を示す図である。 実施の形態１で使用できる第２の形状のリニアモータの概略構成図である。 実施の形態１で使用できる第３の形状のリニアモータの概略構成図である。 この発明の実施の形態２におけるリニアモータの概略構成図である。 この発明の実施の形態２におけるリニアモータの動作説明図である。 この発明の実施の形態２における可動子位置の力を示す図である。 この発明の実施の形態２における他のリニアモータの概略構成図である。 この発明の実施の形態３における実装装置の概略構成図である。

符号の説明

２ 永久磁石、３ 可動子、４ 固定子、６ 巻線、９ ばね、２６ ヘッド、２２ Ｙ駆動装置、２４ Ｘ駆動装置。

Claims (4)

1. 磁束を発生する固定子と、この固定子の磁束から推力を受けて前記固定子と空隙を隔てて移動する可動子と、この可動子の一端に接続され前記可動子の移動に伴って増加する抗力を前記可動子に与える負荷とを有し、
   前記固定子と前記可動子のいずれかは巻線を有し、該巻線への電流の供給により磁束が発生し、
   前記巻線への電流の供給がないときに前記可動子を前記固定子の一部に対向して配置し、前記可動子を前記抗力が増加する向きに前記固定子に対して移動するとき前記可動子及び前記固定子の対向長さが増加することで鎖交磁束も増加するリニアモータであって、
   前記可動子と前記固定子との間の鎖交磁束が変化する範囲において、負荷の変化長に対する抗力の増加係数をｋ、前記固定子の長さをＬ、前記固定子と前記可動子の初期対向長をＬａ、モータ係数をＫ、最大鎖交磁束をφｍａｘ、前記可動子を含む可動体の質量をＭとしたとき、一定電流
   Ｉ＝（ｋ×Ｌ）／（Ｋ×φｍａｘ）
   を前記巻線に供給して一定加速度
   ａ＝ｋ×Ｌａ／Ｍ
   で等加速度駆動することを特徴とした
   リニアモータ。
2. 前記負荷は弾性体であることを特徴とした請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記可動子が前記負荷の前記抗力に抗して下方に駆動できるように配置したことを特徴とした請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 部品を吸着するノズルと、
   このノズルを基板の上方へ水平移動させる水平駆動装置と、
   前記ノズルを鉛直方向に駆動することにより、前記部品を前記基板上の実装位置に下降させる鉛直駆動装置とを備えた実装装置において、
   前記鉛直駆動装置が請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータを備えていることを特徴とする実装装置。

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