JP5311250B2 - リニアモータの可動子、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、可動子をシャフトに沿って直線的に駆動させるシャフト型リニアモータの可動子およびその製造方法に関する。

近年、直線駆動する電気アクチュエータとしてシャフト型リニアモータが注目されている。この種リニアモータは、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトと、該シャフトにスライド自在に外嵌する可動子とを備え、該可動子の内周部に設けられるコイルの励磁によって、可動子を直線的に駆動させる。このような構成によれば、コギングや速度ムラが少ないので、様々な分野での応用が検討されている。

リニアモータの可動子は、一般的に、シャフトに外嵌されるコイルと、該コイルが内装されるケース体によって構成されている。ケース体は、通常、アルミニウムや鉄などの金属製の箱型に成形されたものが用いられ、コイルは、その両端を軸受部に支持させて、箱型ケース体に内装されている（特許文献１参照）。また、このものでは、箱型ケース体内の空間部にシリコンゴム等の樹脂部材により成形された熱媒体層（フレーム）を、コイル外周面とケース内周面に接触させて、ケース体内の空間部を無くすように収めることで、励磁により生じるコイルの熱が内部にこもってしまうことを防止している。

しかしながら、この様な箱型のケース体を用いて可動子を製作すると、ケース体自体を金型などを用いてケース本体とケース蓋とを成型する工程と、ケース本体及び蓋にコイルや軸受等の部材を組付けするのに必要な孔やリブ加工を行う工程と、ケース本体内にコイルを収容し、軸受を介して装着し、蓋をセットする組付け工程とを要し、成型、加工、組付けの工程をそれぞれ別々の作業工程として行わなければならず、作業工数が多くなるばかりか、部品点数も多くなり、製作作業に手間がかかってコストアップを招来するという問題ある。

一方、実装済みの基板、コネクタなどの電子部品を、熱可塑性のポリアミド系樹脂などのホットメルト樹脂によりモールディングして、接着性、防水性、防滴性、絶縁性、保護性を高める方法が知られている。
しかしながら、このホットメルト樹脂によるモールディングは、専ら電子部品の凹凸表面に沿って密着被覆するに止まり、電子部品を収容するケース体として機能するものではなかった。

特開平１１−２０６０９９号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、可動子を製作するにあたり、ホットメルト樹脂によるモールディング成形方法を利用して、樹脂製のケース体を成型する工程に、コイルなどの部材を組付ける工程を組み込んで略一工程で製作することができ、作業工数の簡素化と部品点数の削減が図られた安価なものとして提供できるようにし、しかも、硬化後のホットメルト樹脂が半硬質のものであっても、ワークへの取り付けなどケース体としての機能を備えたリニアモータの可動子、およびその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のリニアモータの可動子は、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトにスライド自在に外嵌され、その内周部に備えるコイルの励磁によって直線的に駆動するよう構成されたリニアモータの可動子であって、該可動子は、前記シャフトに外嵌される筒状ボビンと、該筒状ボビンの胴部に巻着されるコイルと、該コイルが内装されるケース体とからなり、前記筒状ボビンは、その両側を、それぞれ外方に向けて前記コイル端面から広幅に延出形成せしめた余長部を備える長さを有し、前記ケース体は、前記コイルと両側余長部を含む筒状ボビンを、ケース体成形用の金型内にセットし、該金型の囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入することで、前記コイルの外周面域とその両側部となる筒状ボビンの両側余長部の外周面域とを密着被覆して、所定の外観形状に一体形成された樹脂製のケース体で構成せしめ、前記両側余長部を、その外周面域となる前記コイルの両側に形成される樹脂製のケース体の両側部を肉厚に補強し、支持する補強支持面に構成してあることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明のリニアモータの可動子製造方法は、複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトにスライド自在に外嵌される筒状ボビンと、その胴部に巻着されたコイルと、筒状ボビンおよびコイルを内装するケース体とを備え、前記コイルの励磁によって直線的に駆動するよう構成されたリニアモータの可動子を製造する方法であって、前記筒状ボビンは、予めその両側を、それぞれ外方に向けて前記コイル端面から広幅に延出する余長部を有する長さをもって形成させておき、前記コイルと両側余長部を含む筒状ボビンを、これらが収納可能な囲繞空間を有するケース体成形用の金型内にセットして、該金型の囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入し、該注入されたホットメルト樹脂によって、前記コイルの外周面域とその両側部となる筒状ボビンの両側余長部の外周面域とを密着被覆させ、かつ、前記両側余長部を、その外周面域となる前記コイルの両側に形成されるケース体の両側部を肉厚に補強し、支持させた構造をもって、所定の外観形状を有する樹脂製のケース体を一体形成することで可動子を製造することを特徴とする。

本発明は、上記のように構成したことにより、可動子を製作するにあたり、ホットメルト樹脂によるモールディング成形方法を利用して、樹脂製のケース体を金型により成型する工程において、金型内に、コイルと両側余長部をセットした状態から、その囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入するだけで、ホットメルト樹脂がコイルと両側余長部の外周面域に密着被覆した状態で、角柱や円柱状のケース体を成形できると共に、可動子自体の成形を略一工程で製作することが可能となり、箱型ケース体における加工工程を不要なものとして作業工数の簡素化が図れると共に、軸受等の部材も不要なものとして部品点数の削減が図られた安価なものを提供することができる。しかも、ケース体の両側部を、筒状ボビンの余長部によって肉厚に成形させ、かつ、これを補強支持させた状態でケース体を一体形成することができるため、ケース体の両側部にワークへの取り付けなどが行えるインサートナット等を埋設することができるだけでなく、硬化後のホットメルト樹脂が半硬質のものであっても、コイルの両側に形成される肉厚な両側部によってケース体形状が維持され、ケース体としての機能を損なうことがなく、さらに、樹脂製のケース体と両側余長部を含む筒状ボビンとの間に、コイルを密着被覆した状態とすることができ、防水性や防滴性の機能を兼ね備えることができる。

以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するリニアモータの可動子を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、シャフト型リニアモータの斜視図である。この図に示すように、シャフト型リニアモータ１は、０．５ｍｍ程度のステンレス管内に複数のドーナツ棒状磁石２ａが直列状に配列されたシャフト２と、該シャフト２にスライド自在に外嵌する可動子３とを備え、基台４に装着されており、該可動子３の内周部に設けられるコイルの励磁により、可動子３を直線的に駆動させる。

前記基台４は、シャフト２の両端部を持設する支持部４１、４１と、該支持部４１、４１間に設けられたガイドレール４２と、可動子３を案内支持してガイドレール４２上を走行する走行台４３により構成される。走行台４３には、両側からガイドレール４２を挟持する状態でスライド走行自在に案内支持されるガイド片４３１、４３１が設けられており、シャフト２は、前記支持部４１、４１間に両端支持されている。

図２（Ａ）は、本発明の実施形態に係る可動子３の断面詳細図、図２（Ｂ）は、側面図である。この図に示すように、可動子３は、シャフト２に外嵌される筒状ボビン３１と、該筒状ボビン３１の胴部に巻着されるコイル３２と、筒状ボビン３１とコイル３２が内装される樹脂製（ゴム等を含む）のケース体３３と、その上面側に埋設された所定のワーク（ＸＹＺ軸テーブルなど）を取り付けするためのインサートナット３４（通しナット）を備えて構成される。
筒状ボビン３１は、その両側に、捲線されたコイル３２の端面から広幅に突出して延出形成された余長部３１ａ、３１ａが設けられており、ケース体３３は、コイル３２と両側の余長部３１ａ、３１ａ、および配線３２ａを含め、熱可塑性ポリアミド系樹脂などのホットメルト樹脂により、その外周面域に密着被覆した状態で角柱の外観形状に一体形成された半硬質の樹脂製のケース体によって構成されている。

つまり、両側の余長部３１ａ、３１ａは、その幅をもって外周面域に形成されるケース体３３の左右両側部３３ａ、３３ａを肉厚に形成することで補強し、支持する補強支持面として機能するようになっており、コイル３２の円弧状面とケース体３３の平面部に形成される肉薄な被覆面を有していても、その４隅部に形成される肉厚な角部と共にケース体形状を維持している。インサートナット３４は、この肉厚なケース体３３の左右両側部３３ａ、３３ａに埋設されている。

次に、可動子３の成形方法を、図３、図４に基づいて説明する。図３はケース体成型用の金型の斜視図、図４は筒状ボビンと共にコイルをセットした状態を示す断面図である。この図において、５はケース体成型用の金型であって、該金型５は、上下に２分した状態で上型５１と下型５２により構成され、それぞれ横幅が筒状ボビン３１の全長と等しく、内周面がコイル３２の外径よりも大きめの凹状空域５ａをもって、これらが収容可能な箱型に形成されている。上型５１と下型５２の中心部の両側には、シャフト２の外径と略等しい半円弧状の円弧溝５３が、一側面側には配線３２ａの配線引出し溝５４がそれぞれ形成されている。また、上型５１には、その中心に漏斗状のホットメルト樹脂の注入口５１ａと、４つの下型５２へのボルト止め孔５１ｂが穿設されており、下型５２の内部には、インサートナット３４をセットする凸部５２ａが角部付近に４つ設けられている。なお、本実施例における金型において、インサートナット３４は、短尺のものを片面に配設するようにしたが、上下両面に達する長尺のもの（通しナット）を用いても良い。

さて、上記のように、予め所定の可動子３の角柱形状のホットメルト樹脂注入空域５ａと、インサートナット３４などの部材セットが行えるように型形成された金型５を用いて、ケース体３３を成形するには、まず、筒状ボビン３１に芯棒６を挿入し、これを下型５２にセットする。その際、コイル３２の配線３２ａを樹脂テープ材などを用いて束ね、角隅空域５ａ部分に配置させ、そのリード線を配線引出し溝５４から引き出しておく。次いで、４つのインサートナット３４をそれぞれの凸部５２ａに立設セットし、上型５１を被せてボルト止め孔５１ｂより下型５２とボルト止めする。その後、上型５１と下型５２により形成される囲繞空間（内部空域５ａ）内に、注入口５１ａよりホットメルト樹脂を空域５ａ内全体に注入する。注入したホットメルト樹脂が硬化したら上型５１を外して金型５から芯棒６を持って取り出し、芯棒６を引き抜けば、ホットメルト樹脂がコイル３２と両側余長部３１ａ、３１ａの外周面域に密着被覆した状態で、角柱状のケース体３３が成型されると共に可動子３自体の成形が完了する。なお、ケース体３３の外観形状を変更するには、金型５の内部空域５ａを角柱や円柱等の任意の形状に成形しておけばよい。また、本実施例では、ホットメルト樹脂として、接着性、防水性、防滴性、絶縁性、保護性を有する熱可塑性のポリアミド系樹脂を用いたが、ケース体に適した種々の樹脂（ゴムを含む）を用いてもよい。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、可動子３は、シャフト２に外嵌される筒状ボビン３１と、筒状ボビン３１の胴部に巻着されるコイル３２と、該コイル３２が内装されるケース体３３とにより構成されるのであるが、本発明におけるコイル３２が巻着された筒状ボビン３１は、その両側を、それぞれ外方に向けてコイル３２端面から広幅に延出形成された余長部３１ａ、３１ａが設けられた長さを有しており、ケース体３３は、コイル３２と両側余長部３１ａ、３１ａを含む筒状ボビン３１を、ケース体成形用の金型５内にセットし、該金型５の囲繞空間（内部空域５ａ）内にホットメルト樹脂を注入することで、コイル３２の外周面域とその両側部３３ａ、３３ａとなる筒状ボビン３１の両側余長部３１ａ、３１ａの外周面域とを密着被覆して、角柱の外観形状に一体形成された樹脂製のケース体で構成せしめることで、両側余長部３１ａ、３１ａを、その外周面域となるコイル３２の両側に形成される樹脂製ケース体３３の両側部３３ａ、３３ａを肉厚に補強し、支持する補強支持面として構成させている。

このため、ケース体成形用の金型５内に、コイル３２と両側余長部３１ａ、３１ａをセットした状態から、その囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入するだけで、ホットメルト樹脂がコイル３２と両側余長部３１ａ、３１ａの外周面域に密着被覆した状態で、角柱や円柱状のケース体３３が成形されると共に可動子３自体の成形が一工程で製作することができる。つまり、可動子３を製作するにあたり、ホットメルト樹脂によるモールディング成形方法を利用して、従来の箱型ケース体にコイルなどの部材を組付ける工程を、樹脂製のケース体３３を成型する工程に組み込んで略一工程で製作することができると共に、従来の箱型ケース体における、加工工程が不要となる結果、作業工数の大幅な簡素化が図れるばかりか、軸受等の部材が不要となり部品点数の削減が図られた安価なものとして提供することができる。しかも、ケース体３３の両側部３３ａ、３３ａを、筒状ボビン３１の余長部３１ａ、３１ａによって肉厚に成形させ、かつ、これを補強支持させた状態でケース体３３を一体形成することができるため、ケース体３３の両側部３３ａ、３３ａにワークへの取り付けなどが行えるインサートナット３４等を埋設することができるだけでなく、硬化後のホットメルト樹脂が半硬質のものであっても、コイル３２の両側に形成される肉厚な両側部３３ａ、３３ａによってケース体形状が維持され、ケース体としての機能を損なうことがない。さらに、可動子３は、コイル３２や両側余長部３１ａ、３１ａの外周面域に配設される配線３２ａなどを含めて、樹脂製のケース体３３と両側余長部３１ａ、３１ａを含む筒状ボビン３１との間に、コイル３２を密着被覆した状態とすることができるので、防水性や防滴性を有することができる。

また、ケース体３３は、外観が角柱形状に形成され、その柱面の一側面側となるケース体３３の両側部３３ａ、３３ａには、作動体への取付面とすべくそれぞれにインサートナット３４が埋設され、このインサートナット３４は、金型５内に予めセットされケース体成型時に埋設することができるので、従来の箱型ケース体にコイルなどの部材を組付ける工程を、樹脂製のケース体３３を成型する工程に組み込んで一工程で製作することができる。

本発明の実施形態に係るシャフト型リニアモータの斜視図である。 （Ａ）は可動子の断面図、（Ｂ）は可動子の側面図である。 本発明の実施形態に係る可動子のケース体成型用の金型を示す斜視図である。 ケース体成型用の金型内にコイルをセットした状態を示す断面図である。

符号の説明

１ シャフト型リニアモータ
２ シャフト
２ａ ドーナツ棒状磁石
３ 可動子
３１ 筒状ボビン
３１ａ 余長部
３２ コイル
３２ａ 配線
３３ ケース体
３３ａ 側部
３４ インサートナット
４ 基台
４１ 支持部
４２ ガイドレール
４３ 走行台
４３１ ガイド片
５ 金型
５ａ 内部空域
５１ 上型
５１ａ 注入口
５１ｂ ボルト止め孔
５２ 下型
５２ａ 凸部
５３ 円弧溝
５４ 配線引出し溝
６ 芯棒

Claims (3)

1. 複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトにスライド自在に外嵌され、その内周部に備えるコイルの励磁によって直線的に駆動するよう構成されたリニアモータの可動子であって、
   該可動子は、前記シャフトに外嵌される筒状ボビンと、該筒状ボビンの胴部に巻着されるコイルと、該コイルが内装されるケース体とからなり、
   前記筒状ボビンは、その両側を、それぞれ外方に向けて前記コイル端面から広幅に延出形成せしめた余長部を備える長さを有し、
   前記ケース体は、前記コイルと両側余長部を含む筒状ボビンを、ケース体成形用の金型内にセットし、該金型の囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入することで、前記コイルの外周面域とその両側部となる筒状ボビンの両側余長部の外周面域とを密着被覆して、所定の外観形状に一体形成された樹脂製のケース体で構成せしめ、
   前記両側余長部を、その外周面域となる前記コイルの両側に形成される樹脂製のケース体の両側部を肉厚に補強し、支持する補強支持面に構成してあることを特徴とするリニアモータの可動子。
2. 請求項１において、前記樹脂製のケース体は、外観が角柱形状に形成され、その柱面の一側面側となるケース体の両側部には、作動体への取付面とすべくそれぞれにインサートナットが埋設されることを特徴とするリニアモータの可動子。
3. 複数の棒状磁石が直列状に配列されたシャフトにスライド自在に外嵌される筒状ボビンと、その胴部に巻着されたコイルと、筒状ボビンおよびコイルを内装するケース体とを備え、前記コイルの励磁によって直線的に駆動するよう構成されたリニアモータの可動子を製造する方法であって、
   前記筒状ボビンは、予めその両側を、それぞれ外方に向けて前記コイル端面から広幅に延出する余長部を有する長さをもって形成させておき、
   前記コイルと両側余長部を含む筒状ボビンを、これらが収納可能な囲繞空間を有するケース体成形用の金型内にセットして、該金型の囲繞空間内にホットメルト樹脂を注入し、
   該注入されたホットメルト樹脂によって、前記コイルの外周面域とその両側部となる筒状ボビンの両側余長部の外周面域とを密着被覆させ、かつ、前記両側余長部を、その外周面域となる前記コイルの両側に形成されるケース体の両側部を肉厚に補強し、支持させた構造をもって、所定の外観形状を有する樹脂製のケース体を一体形成することで可動子を製造することを特徴とするリニアモータの可動子製造方法。