JP5306558B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

この発明は、可動部と固定部の間に配置されたすべり軸受と、固定部の中心軸から偏心して配置された摺動部材を備えたリニアモータに関する。

従来のリニアモータでは、軸部材（第１スリーブ）は、その内部にはＮ極及びＳ極の永久磁石が軸線方向に沿って交互に形成され、さらに永久磁石の間には、推力を向上させるための磁性体（ヨーク）が設けられた構造が採用されている。軸部材の外周を囲むコイルは可動部に設けられており、軸部材の外周側に位置する可動部内側には、軸部材が可動部に対して軸部材の軸線方向に相対的に直線運動するのを案内する軸受が設けられている。このような構成のリニアモータは、円筒または四角形状の軸受と可動部を、軸部材を中心にして配置し、軸受と軸部材の間に相対運動を円滑にするために微小なギャップを設ける構造にしている（例えば、特許文献１参照)。

特開平９−１８２４０８号公報（第４頁、第１図）

従来のリニアモータは、以上のように構成されているので、軸受と軸部材の間に設けられた微小なギャップ分だけ、軸受と軸部材の間にがたつきや変動が生じ、結果として、例えば、可動部に機械に推力を伝達するシャフトが設けられているシャフト型リニアモータにおいては、シャフト先端部の位置決め精度が低下するという問題点があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、その目的は、軸受と軸部材間のがたつきや変動をなくし、例えば、シャフト型リニアモータのシャフト先端部の位置決め精度を高くすることにある。

この発明に係るリニアモータにおいては、固定部と、固定部内部に位置し、固定部に対して軸線方向に相対変位可能に設けられた可動部とを有するリニアモータであって、可動部は、軸線方向に積層された複数個の永久磁石から成る磁石部と、磁石部の一方の先端部に配置され、固定部内部を軸線方向に摺動案内する磁性材から成る第１摺動部とを備え、固定部は、第１摺動部を摺動可能に支持する固定部内面に当接された非磁性材から成る第１軸受と、固定部内部に設けられ、自身の内空間に磁束を発生させ、磁石部に作用させて可動部を相対変位させる複数個のコイルとを備え、第１摺動部は、第１摺動部中心軸がコイルによって形成される内空間の断面中心軸から第１軸受側に偏心して配置されると共に第１軸受と当接することで、永久磁石からの磁気吸引力が偏心方向に作用させる。

この発明により、シャフト型リニアモータのシャフト先端部の位置決め精度を高くすることができ、表面実装機や基板検査機等、精密電子機器へのシャフト型リニアモータの適用が可能となる。

この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの断面図である。 この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの分解斜視図である。 この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの制御部の構成図である。 この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータのすべり軸受の構造図である。 この発明の実施例２を示すシャフト型リニアモータの断面図である。 この発明の実施例３を示すシャフト型リニアモータの断面図である。 この発明の実施例４を示すシャフト型リニアモータのすべり軸受の構造図である。 この発明の実施例５を示すシャフト型リニアモータの断面図である。 この発明の実施例６を示すシャフト型リニアモータの断面図である。

実施例１．
図１は、この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの断面図であり、図２は、この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの分解斜視図である。図１と図２において、１はシャフト型リニアモータの固定部、２はシャフト型リニアモータの可動部で、固定部１に対して軸線方向に相対変位が可能ある。３１は第１軸受として機能する、軸方向に沿って断面がＬ字形状をしたすべり軸受、５１は電源用リード線、１１は電源用リード線５１から電流を流して磁束を発生させるための複数個のコイル、１２は複数個のコイル１１を絶縁する樹脂製のボビン、１３は発生した磁束の磁気回路となる上フレーム、１４は発生した磁束の磁気回路となる、軸方向に沿って断面がＵ字形状をした下フレーム、１５は機械剛性を高くするためのベース、１６は軸（シャフト）を支える軸受、１７は軸受１６を保持するブラケット、１８は異物の侵入を防ぐカバー、４１は位置検出器であり、固定部１は、すべり軸受３１、コイル１１、ボビン１２、上フレーム１３、下フレーム１４、ベース１５、軸受１６、ブラケット１７、カバー１８、位置検出器４１で構成される。

一方、３２は第１摺動部として機能する、すべり軸受３１の表面を摺動案内する摺動部材、２１は磁石部であり、複数個のコイル１１の発生磁束との相互作用により推力を発生するために積層された複数個の永久磁石である。２２は磁性材もしくは非磁性材からなり、積層された複数個の永久磁石２１のＮ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に形成されるように複数個の永久磁石２１の間に配置されるスペーサ、２３はシャフト結合部材、２４は発生推力を機械に伝達する軸（シャフト）であり、可動部２は、摺動部材３２、永久磁石２１、スペーサ２２、シャフト結合部材２３で構成され、可動部２はシャフト２４の端部と接続される。シャフト２４のもう一方の端部は固定部１の外部に出ており、位置検出用に使われる。複数個の永久磁石２１の中心軸とスペーサ２２の中心軸とシャフト結合部材２３の中心軸は、それぞれシャフト２４の中心軸と一致している。可動部２は固定部１の内部に配置され、図１中のＺ方向に可動な構造となっている。また、複数個のコイル１１と複数個のボビン１２は複数個の永久磁石２１の外側に同心状に配置されており、複数個のコイル１１の中心軸と複数個のボビン１２の中心軸は、それぞれシャフト２４の中心軸と一致している。

４２はスケール、２５はシャフト２４のシャフト先端部、２６はスケール結合部材、５２は位置検出器用リード線である。スケール４２はスケール結合部材２６によって、シャフト先端部２５に結合されており、シャフト２４の動きに合わせて可動する構造となっている。また、スケール４２は、その内部には光学的もしくは磁気的な位置情報が記録されており、固定部１に結合された位置検出器４１によって、シャフト２４の図１中のＺ方向の位置を検出し、位置検出器用リード線５２から制御部へ位置信号を伝達する構造となっている。

なお、Ａ−Ａ’断面とＢ−Ｂ’断面は、図１に示すシャフト型リニアモータのＸ−Ｙ面に沿った断面を示す。

図３は、この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータの制御部の構成図である。図３において、９０は制御部、１００はシャフト型リニアモータである。９１は位置制御回路、９２は速度制御回路、９３は電流制御回路、９９は電流検出器であり、制御部９０は位置制御回路９１、速度制御回路９２、電流制御回路９３、電流検出器９９で構成される。

スケール４２及び位置検出器４１により検出された位置情報は、シャフト型リニアモータ１００の制御部９０にフィードバックされる。位置制御回路９１は位置検出器４１からの位置フィードバック値と指令値とを比較することによって位置制御し、速度制御回路９２は位置制御回路９１からの出力値と位置フィードバック値を微分した速度フィードバック値を比較することによって速度制御し、電流制御回路９３は速度制御回路９２からの出力値と電流検出器９９からの電流フィードバック値を比較することによって推力制御することがそれぞれ可能である。

図４は、この発明の実施例１を示すシャフト型リニアモータのすべり軸受の構造図である。６１は磁束、６２ａと６２ｂは永久磁石２１の作る磁束６１の影響によって発生する磁気吸引力である。

すべり軸受３１は樹脂製（非磁性材）であり、図４のＡ−Ａ’断面に示すように軸方向に沿って断面がＬ字形状をしている。一方、摺動部材３２は、例えばＳ５０Ｃ材、上フレーム１３及び下フレーム１４は、例えばＳＰＣＣ材であり、いずれも磁性材である。ここで、摺動部材３２は、シャフト２４の中心軸に対して同心状に配置されているコイル１１の内空間の中心軸に対して同心ではなく、すべり軸受３１側に偏心するように設置される。その結果、摺動部材３２と上フレーム１３の間のギャップと、摺動部材３２と下フレーム１４の間のギャップは、それぞれ断面がＬ字形状のすべり軸受３１が介在する側（図４のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の左側面と下面）では存在せず、介在しない側（図４のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の右側面と上面）では所定の距離をもって存在することになる。

図４のＡ−Ａ’断面において、磁束６１が、磁性材である上フレーム１３と永久磁石２１の間、磁性材であるＵ字形状の下フレーム１４の両側面と永久磁石２１の間、磁性材である断面がＵ字形状の下フレーム１４の下面と永久磁石２１の間でそれぞれ形成される。形成された磁束６１の影響により、磁性材である摺動部材３２と磁性材である上フレーム１３及びＵ字形状の下フレーム１４の間に磁気吸引力６２ａと６２ｂが発生するが、摺動部材３２が下フレーム１４の断面がＬ字形状のすべり軸受３１の介在する側に偏って設置されているため、この摺動部材３２の偏りによって、磁気吸引力６２ａが、断面がＬ字形状のすべり軸受３１が介在する側（図４のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の左側面と下面）では強く作用し、磁気吸引力６２ｂはＬ字形状のすべり軸受３１の介在しない側（図４のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の右側面と上面）ではほとんど作用しないことになる。

このように構成されたシャフト型リニアモータにおいては、摺動部材３２と断面がＬ字形状のすべり軸受３１が、一定の磁気吸引力６２ａでもって常に接触した状態となるため、摺動部材３２とすべり軸受３１の間にはギャップが存在せず、その結果、従来のシャフト型リニアモータの構成では生じていたギャップに起因したがたつきや変動もなく、シャフト先端部２５の位置決め精度を高くすることが可能となる。また、従来のシャフト型リニアモータの構成のままでギャップを小さくしようとした場合、摺動部材３２とすべり軸受３１の寸法を高精度に加工する必要があったが、この実施例１におけるシャフト型リニアモータの構成ではその加工も必要もない。

以上、この実施例１で説明したシャフト型リニアモータの構成によれば、シャフト型リニアモータのシャフト先端部の位置決め精度を高くすることができるので、表面実装機や基板検査機へのシャフト型リニアモータの適用が可能となり、例えば、電子基板に実装する部品の高密度化が可能となる。

実施例２．
この発明の実施例１では、可動部２の一端部のみをすべり軸受３１とした場合について説明したが、図５に示すように、可動部２の両端部を第１軸受であるすべり軸受３１ａと、第２軸受であるすべり軸受３１ｂとしても良く、このような構成によっても同様の効果を得ることができる。可動部２の両端部をすべり軸受３１ａ、３１ｂとすることに対応して、固定部１のすべり軸受３１ａ、３１ｂと摺動する両側には、第１摺動部である摺動部材３２ａと、第２摺動部である摺動部材３２ｂが設置される。

実施例３．
この発明の実施例１及び実施例２では、Ｌ字形状のすべり軸受３１の二面を使用してＸ及びＹ方向の位置精度を確保した場合について説明したが、位置精度を必要とする方向が一方向のみ、例えばＸ方向だけの場合は、図６に示すように、すべり軸受３５を軸方向に沿って下フレーム１４の下面と平行な平板状にしても良い。この場合も、実施例１及び実施例２と同様の効果を得ることができる。

実施例４．
図７は、この発明の実施例４を示すシャフト型リニアモータのすべり軸受の構造図である。７１は第１中間部材であり、図７では中間部材としている。

すべり軸受３１は樹脂製（非磁性材）であり、図７のＡ−Ａ’断面に示すように軸方向に沿って断面がＬ字形状をしており、中間部材７１の右側面と上面に当接している。また、中間部材７１は、例えばＳＰＣＣ材等の磁性材であり、図７のＡ−Ａ’断面に示すように軸方向に沿って断面がＬ字形状をしており、下フレーム１４の左側面と下面に当接している。一方、摺動部材３２は、例えばＳ５０Ｃ材、上フレーム１３及び下フレーム１４は、例えばＳＰＣＣ材であり、いずれも磁性材である。ここで、摺動部材３２は、シャフト２４の中心軸に対して同心状に配置されているコイル１１の内空間の中心軸と一致して設置される。その結果、摺動部材３２と上フレーム１３の間のギャップと、摺動部材３２と下フレーム１４の間のギャップは、それぞれ断面がＬ字形状のすべり軸受３１と中間部材７１が介在する側（図７のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の左側面と下面）では存在せず、介在しない側（図７のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の右側面と上面）では所定の距離をもって存在することになる。

図７のＡ−Ａ’断面において、磁束６１が、磁性材である上フレーム１３と永久磁石２１の間、磁性材であるＵ字形状の下フレーム１４の右側面と永久磁石２１の間、磁性材である断面がＬ字形状の中間部材７１の下面と永久磁石２１の間、磁性材である断面がＬ字形状の中間部材７１の右側面と永久磁石２１の間でそれぞれ形成される。形成された磁束６１の影響により、磁性材である摺動部材３２と磁性材である上フレーム１３とＵ字形状の下フレーム１４とＬ字形状の中間部材７１の間に磁気吸引力６２ａと６２ｂが発生するが、磁気吸引力６２ａが、断面がＬ字形状のすべり軸受３１と中間部材７１が介在する側（図７のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の左側面と下面）では強く作用し、磁気吸引力６２ｂはＬ字形状のすべり軸受３１と中間部材７１の介在しない側（図７のＡ−Ａ’断面では、摺動部材３２の右側面と上面）ではほとんど作用しないことになる。

このように構成されたシャフト型リニアモータにおいては、摺動部材３２と断面がＬ字形状のすべり軸受３１が、一定の磁気吸引力６２ａでもって常に接触した状態となるため、摺動部材３２とすべり軸受３１の間にはギャップが存在せず、その結果、従来のシャフト型リニアモータの構成では生じていたギャップに起因したがたつきや変動もなく、シャフト先端部２５の位置決め精度を高くすることが可能となる。また、従来のシャフト型リニアモータの構成のままでギャップを小さくしようとした場合、摺動部材３２とすべり軸受３１の寸法を高精度に加工する必要があったが、この実施例１におけるシャフト型リニアモータの構成ではその加工も必要もない。

以上、この実施例４で説明したシャフト型リニアモータの構成によれば、シャフト型リニアモータのシャフト先端部の位置決め精度を高くすることができるので、表面実装機や基板検査機へのシャフト型リニアモータの適用が可能となり、例えば、電子基板に実装する部品の高密度化が可能となる。

実施例５．
この発明の実施例４では、可動部２の一端部のみに中間部材７１を適用した場合について説明したが、図８に示すように、可動部２の両端部に第１中間部材である中間部材７１ａと、第２中間部材である中間部材７１ｂを適用しても良く、このような構成によっても同様の効果を得ることができる。

実施例６．
この発明の実施例４及び実施例５では、Ｌ字形状の中間部材７１の二面を使用してＸ及びＹ方向の位置精度を確保した場合について説明したが、位置精度を必要とする方向が一方向のみ、例えばＸ方向だけの場合は、図９に示すように、中間部材７５を軸方向に沿って下フレーム１４の下面と平行な平板状にしても良い。この場合も、実施例４及び実施例５と同様の効果を得ることができる。

この実施例４から実施例６で説明したシャフト型リニアモータの構成では、中間部材７１、７１ａ、７１ｂと下フレーム１４をそれぞれ別部材として扱った場合について説明したが、下フレーム１４に中間部材７１、７１ａ、７１ｂの構造を有した新たな下フレーム１４とした構成においても同様の効果を得ることができる。

なお、この発明の実施例１から実施例６では、この発明をシャフト型リニアモータに適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、他のリニアモータに適用しても同様の効果を得ることができる。

１ 固定部、２ 可動部、１１ コイル、１２ ボビン、１３ 上フレーム、１４ 下フレーム、１５ ベース、１６ 軸受、１７ ブラケット、１８ カバー、２１ 永久磁石、２２ スペーサ、２３ シャフト結合部材、２４ シャフト、２５ シャフト先端部、２６ スケール結合部材、３１ すべり軸受、３１ａ すべり軸受、３１ｂ すべり軸受、３２ 摺動部材、３２ａ 摺動部材、３２ｂ 摺動部材、３５ すべり軸受、４１ 位置検出器、４２ スケール、５１ 電源用リード線、５２ 位置検出器用リード線、６１ 磁束、６２ａ 磁気吸引力、６２ｂ 磁気吸引力、７１ 中間部材、７１ａ 中間部材、７１ｂ 中間部材、７５ 中間部材、 ９０、 制御部、９１ 位置制御回路、９２ 速度制御回路、９３ 電流制御回路、９９ 電流検出器、１００ シャフト型リニアモータ。

Claims (12)

1. 固定部と、該固定部内部に位置し、該固定部に対して軸線方向に相対変位可能に設けられた可動部とを有するリニアモータであって、
   前記可動部は、軸線方向に積層された複数個の永久磁石から成る磁石部と、該磁石部の一方の先端部に配置され、前記固定部内部を軸線方向に摺動案内する磁性材から成る第１摺動部とを備え、
   前記固定部は、前記第１摺動部を摺動可能に支持する前記固定部内面に当接された非磁性材から成る第１軸受と、前記固定部内部に設けられ、自身の内空間に磁束を発生させ、前記磁石部に作用させて前記可動部を相対変位させる複数個のコイルとを備え、
   前記第１摺動部は、前記第１摺動部中心軸が前記コイルによって形成される内空間の断面中心軸から前記第１軸受側に偏心して配置されると共に前記第１軸受と当接することで、前記永久磁石からの磁気吸引力が偏心方向に作用させることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記固定部の内断面は矩形状であり、前記第１摺動部は矩形状であり、前記第１軸受の断面はＬ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記第１軸受の断面は平板状であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 固定部と、該固定部内部に位置し、該固定部に対して軸線方向に相対変位可能に設けられた可動部とを有するリニアモータであって、
   前記可動部は、軸線方向に積層された複数個の永久磁石から成る磁石部と、該磁石部の両方の先端部に配置され、前記固定部内部を軸線方向に摺動案内する磁性材から成る第１及び第２摺動部とを備え、
   前記固定部は、前記第１及び第２摺動部を摺動可能に支持する前記固定部内面に当接された非磁性材から成る第１及び第２軸受と、前記固定部内部に設けられ、自身の内空間に磁束を発生させ、前記磁石部に作用させて前記可動部を相対変位させる複数個のコイルとを備え、
   前記第１及び第２摺動部は、前記第１及び第２摺動部中心軸が前記コイルによって形成される内空間の断面中心軸から前記第１及び第２軸受側に偏心して配置されると共に前記第１及び第２軸受と当接することで、前記永久磁石からの磁気吸引力が偏心方向に作用させることを特徴とするリニアモータ。
5. 前記固定部の内断面は矩形状であり、前記第１及び第２摺動部は矩形状であり、前記第１及び第２軸受の断面はＬ字形状であることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記第１及び第２軸受の断面は平板状であることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
7. 固定部と、該固定部内部に位置し、該固定部に対して軸線方向に相対変位可能に設けられた可動部とを有するリニアモータであって、
   前記可動部は、軸線方向に積層された複数個の永久磁石から成る磁石部と、該磁石部の一方の先端部に配置され、前記固定部内部を軸線方向に摺動案内する磁性材から成る第１摺動部とを備え、
   前記固定部は、前記固定部中心軸に対して非回転対称形で前記固定部内面に固着された磁性材から成る第１中間部材と、前記第１摺動部を摺動可能に支持する前記第１中間部材に当接された非磁性材から成る第１軸受と、前記固定部内部に設けられ、自身の内空間に磁束を発生させ、前記磁石部に作用させて前記可動部を相対変位させる複数個のコイルとを備え、
   前記第１摺動部は、前記第１軸受と当接することで前記永久磁石からの磁気吸引力が前記第１中間部材側に作用させることを特徴とするリニアモータ。
8. 前記固定部の内断面は矩形状であり、前記第１摺動部は矩形状であり、前記第１軸受と前記第１中間部材の断面はＬ字形状であることを特徴とする請求項７に記載のリニアモータ。
9. 前記第１軸受と前記第１中間部材の断面は平板状であることを特徴とする請求項８に記載のリニアモータ。
10. 固定部と、該固定部内部に位置し、該固定部に対して軸線方向に相対変位可能に設けられた可動部とを有するリニアモータであって、
    前記可動部は、軸線方向に積層された複数個の永久磁石から成る磁石部と、該磁石部の両方の先端部に配置され、前記固定部内部を軸線方向に摺動案内する磁性材から成る第１及び第２摺動部とを備え、
    前記固定部は、前記固定部中心軸に対して非回転対称形で前記固定部内面に固着された磁性材から成る第１及び第２中間部材と、前記第１及び第２摺動部を摺動可能に支持する前記第１及び第２中間部材に当接された非磁性材から成る第１及び第２軸受と、前記固定部内部に設けられ、自身の内空間に磁束を発生させ、前記磁石部に作用させて前記可動部を相対変位させる複数個のコイルとを備え、
    前記第１及び第２摺動部は、前記第１及び第２軸受と当接することで前記永久磁石からの磁気吸引力が前記第１及び第２中間部材側に作用させることを特徴とするリニアモータ。
11. 前記固定部の内断面は矩形状であり、前記第１及び第２摺動部は矩形状であり、前記第１及び第２軸受と前記第１及び第２中間部材の断面はＬ字形状であることを特徴とする請求項１０に記載のリニアモータ。
12. 前記第１及び第２軸受と前記第１及び第２中間部材の断面は平板状であることを特徴とする請求項１１に記載のリニアモータ。

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