JP5863361B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
コイルは、例えば、U・V・W相の三相を順次繰り返し配列した状態で可動部本体に支持される。これらのコイルに120度ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイルの軸線方向に移動する移動磁界が発生する。
そして、コイルを有する可動部は、移動磁界により磁石部との間に発生する推力を得て、移動磁界の速さに同期し磁石部に対して直線運動を行う。
したがって、磁気センサの設置姿勢を変更すると、ケーブルの引き回しが困難になったり、磁気センサ取付用ブラケットを取り替えなければならなくなったりする等の問題がある。
として、本発明に係るエンコーダを用い、前記コイル部を有する移動部は、前記磁石部を有する固定部に対して個別に相対移動可能な第一移動部と第二移動部を有し、前記第一移動部と前記第二移動部に、前記エンコーダ部のセンサ本体部がそれぞれ設置され、前記第一移動部に取り付けられた第一センサ本体部と前記第二移動部に取り付けられた第二センサ本体部は、同一形状のブラケットを介して、異なる取り付け姿勢で取り付けられることを特徴とする。
本発明によれば、センサ本体部の設置姿勢を任意に設定できるので、ケーブルの取り回しの自由度が高まり、ケーブルチェーンなどを効率的に配置することができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係るアクチュエータA(リニアモータ5)の概略構成を示す斜視図である。
図2は、ベース10及びテーブル20を示す拡大斜視図(一部断面図)である。
図3は、リニアモータ5の概略構成を示す断面図である。
リニアモータ5は、一方向(X方向)に細長く伸びるベース10と、ベース10に対して摺動自在に設けられたテーブル20と、からなる。
また、ベース(固定部)10とテーブル(移動部)20の間には、一対のリニアガイド50が設けられ、ベース10に対してテーブル20が円滑に摺動可能である。
リニア磁気エンコーダ(エンコーダ、エンコーダ部)60は、ベース10の外側面に取り付けられた磁気スケール61と、原点用磁石62と、テーブル20の下面に取り付けられた磁気センサ64等とから構成される。
磁気スケール61は、ベース10の側壁部12の外面側(外側面)に、ベース10の長手方向(X方向)に沿って密着配置される。
原点用磁石62は、磁気スケール61の側方に、僅かに隙間を空けて近接配置される。原点用磁石62は、ベース10の外側面において、磁気スケール61の上方側(+Z方向側)に配置される。原点用磁石62のX方向の取り付け位置は、任意に設定される。
そして、磁気スケール61は、ベース10の長手方向(X方向)に沿って固定される。具体的には、裏面側の第二シート2をベース10の底壁部11の間に両面テープや接着剤を配置して密着固定する。これにより、表側の第一シート1が磁気スケールとして機能する。
なお、磁気スケール61は、一層構造であってもよい。
磁気センサ64は、MR素子66により磁気スケール61の磁気を検出し、磁気スケール61に沿って相対移動することで正弦波信号を出力する。
磁気センサ64は、ホール素子67により原点用磁石62の磁気を検出し、検出信号を出力する。この検出信号が得られた位置は、磁気スケール61の基準位置(原点)に設定される。
磁気センサ64(MR素子66、ホール素子67)が検出した信号は、不図示の信号処理部を介して、制御部90に送られる。そして、制御部90は磁気センサ64からの信号に基づいて、駆動部80に対して位置指令を出す。駆動部80は、制御部90からの位置指令に基づいてテーブル20が指令位置に移動するように、コイル部40に電流を供給する。このようにして、リニアモータ5の制御が行われる。
ベース10の底壁部11の上面には、複数のマグネットが配列された磁石部30が取り付けられる。
また、ベース10の側壁部12のそれぞれの上面には、リニアガイド50の軌道レール51が一軸方向に沿って配置される。この2本の軌道レール51は平行に配置され、それぞれ2つの移動ブロック52が取り付けられる。
テーブル20の下面20bの四隅には、リニアガイド50の移動ブロック52が取り付けられる。そして、この移動ブロック52は、上述した2本の軌道レール51に取り付けられる。すなわち、テーブル20は、一対のリニアガイド50により、ベース10に直線運動可能に支持される。
そして、ベース10に取り付けられた磁石部30と、テーブル20に取り付けられたコイル部40との間には、ギャップgが設定される。このギャップgは、テーブル20が一対のリニアガイド50によりベース10に対して直線運動しても一定に維持される。
磁石部30は、ベース10の長手方向(X方向)に沿って固定される。具体的には、磁石プレート31をベース10の底壁部11に密着固定する。これにより、永久磁石32からコイル部40に向けて磁界を発生させる。
テーブル20の下面の中央部には、三相コイルとして機能する3つのコイル41とコア42からなる電機子としてのコイル部40が取り付けられる。コア42の材質は、ケイ素鋼等の磁性体である。コア42は、三相コイル(コイル41)に発生する磁界を強める3つの櫛歯42a,42b,42cを有する。
3つのコイル41は、コア42の3つの櫛歯42a,42b,42cの周囲にそれぞれ巻かれ、U相コイル41a、V相コイル41b、W相コイル41cとなる。3つのコイル41は、テーブル20の移動方向に沿って並べられる。
これにより、コイル部40から進行磁界が発生する。これにより、磁石部30に発生する磁界との作用により、コイル部40(テーブル20)に推力が発生する。
コイル部40の3つのコイル41に流れる電流は、駆動部80によって制御される。
リニアガイド50は、ベース10の側壁部12の上面に取り付けられた軌道レール51を有する。
軌道レール51には、長手方向に所定のピッチで複数の取付け孔51bが開けられる。
取付け孔51bにボルトを通し、ボルトをベース10の側壁部12のねじ孔にねじ込むことによって、軌道レール51が側壁部12に固定される。
軌道レール51には、長手方向に沿ってボール55が転がる複数条のボール転走溝51aが形成される。ボール転走溝51aの断面形状は、ボール55の半径よりも僅かに大きい単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状、または二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状である。
ボール転走溝51aは、軌道レール51の側面だけでなく、軌道レール51の上面にも形成されている。軌道レール51の上面にボール転走溝51aを形成することで、リニアガイド50の垂直方向の剛性を高めることができる。
移動ブロック52の一軸方向の各端面にはエンドプレート53が取り付けられる。ボール循環経路は、負荷ボール転走溝52aと、負荷ボール転走溝52aと平行に伸びるボール戻し路52bと、エンドプレート53に形成されて負荷ボール転走溝52aの端部とボール戻し路52bの端部とを接続するU字状の方向転換路53cと、から構成され、全体がサーキット状に形成される。
そして、ボール循環経路には複数のボール55が配列・収容される。
移動ブロック52には、テーブル20を取り付けるための取付けねじ52dが加工される。そして、移動ブロック52は、テーブル20の下面20bにねじ止めされる。
図6は、本発明の実施形態に係る磁気センサ64の構成を示す図であって、(a)は正面図、(b)は上面図、(c)は底面図、(d)は側面図である。
図7は、磁気センサ64の第一設置姿勢を示す図である。図8は、磁気センサ64の第二設置姿勢を示す図である。図7及び図8は、磁気センサ64を同一方向から見た図である。
センサ筐体70は、最も面積の大きい一対の面(主面70s1,70s2)のうちの一方の面(主面70s1)に、MR素子66を有する。MR素子66は、主面70s1の中央(中心C)に配置される。
センサケーブル68は、側面70(一つの側面)t1の長手方向の中央に接続される。つまり、センサケーブル68は、主面70s1側から見て、中心Cを通り側面70t1,70t2に直交する中心線CL上に接続される。そして、センサケーブル68は、中心線CLに沿って引き出される。
取付用インターフェース(取付用部位)72a,72bは、それぞれの側面70u1,70u2に形成された一対のネジ穴73である。取付用インターフェース72a,72bは、主面70s1側から見て、中心Cに対して点対称となる位置に配置される。つまり、側面70u1に形成された一対のネジ穴73と側面70u2に形成された一対のネジ穴73は、中心Cに対して点対称となる位置に形成される。
センサブラケット75は、矩形の板金のうち、向き合う辺側(端部)を同一方向に直角に折り曲げて形成した部材である。折り曲げた部位には、ボルト用貫通孔(不図示)が形成される。
そして、センサブラケット75は、折り曲げた部位の一方がテーブル20の下面20bに対してボルト締結により固定され、折り曲げた部位の他方がセンサ筐体70の側面70u1,70u2(取付用インターフェース72a,72b)に対してボルト締結により固定される。
したがって、第一設置姿勢では、センサ筐体70の側面70t1は、テーブル20の移動方向(磁気スケール61の長手方向)であるX方向のうち、図中左側(−X方向)を向くことになる。つまり、磁気センサ64を主面70s2側から見ると、磁気センサ64のセンサケーブル68が図中左側(−X方向)に向けて引き出される。
したがって、第二設置姿勢では、センサ筐体70の側面70t1は、テーブル20の移動方向(磁気スケール61の長手方向)であるX方向のうち、図中右側(+X方向)を向くことになる。磁気センサ64を主面70s2側から見ると、磁気センサ64のセンサケーブル68が図中右側(+X方向)に向けて引き出される。
このため、図7,図8に示すように、磁気センサ64の設置姿勢(取り付け方向)が第一設置姿勢,第二設置姿勢のいずれの場合であっても、磁気スケール61に対するMR素子66の配置は同一(不変)である。したがって、磁気センサ64の設置姿勢を変更した場合であっても、センサブラケット75を代えることなく、磁気センサ64(MR素子66)により磁気スケール61を良好に検出することができる。
このため、図7,図8に示すように、磁気センサ64の設置姿勢(取り付け方向)が第一設置姿勢,第二設置姿勢のいずれの場合であっても、原点用磁石62に対する2つのホール素子67のZ方向の配置は同一(不変)であり、いずれか一方のホール素子67が必ず対向することになる。したがって、磁気センサ64の設置姿勢を変更した場合であっても、センサブラケット75を代えることなく、磁気センサ64(ホール素子67)により原点用磁石62を検出することができる。
図11,図12は、従来のアクチュエータの例を示す概略図である。
2つのテーブル121,122には、それぞれ磁気センサ164,165(第一センサ本体部、第二センサ本体部)が設けられている。磁気センサ164,165は、上述した磁気センサ64と同一構成である。
磁気センサ164,165は、同一形状のセンサブラケット75(図9において不図示)を介してテーブル121,122にそれぞれ取り付けられる。
原点用磁石62(図9において不図示)は、磁気センサ164,165に対して一対一に用意してもよいし、1つだけ用意してもよい。
ケーブルチェーン131,132は、センサケーブル68を収容する部材であって、一端(移動端)がテーブル121,122に固定され、他端(固定端)がベース10に固定されて、Z方向に重なるようにU字形に折れ曲がっている。そしてテーブル121,122がベース10に対して移動すると、ケーブルチェーン131,132の移動端がテーブル121,122に伴ってX方向に移動して、ケーブルチェーン131,132の全体がキャタピラ状に動作(移動)する。
なお、図9,図10では、ケーブルチェーン131,132の固定端側(ベース10側)の図示を省略している。
このため、アクチュエータBでは、磁気センサ164,165のセンサケーブル68の引き回し(敷設経路)をテーブル121,122からベース10に至るまでにおいて任意に設定することができる。つまり、磁気センサ164,165のセンサケーブル68の引き回し(敷設経路)の選択の自由度が高い。
そして、ケーブルチェーン131,132の設置姿勢も異ならせたとしても、ケーブルチェーン131,132をアクチュエータBの幅方向において重ねなくても干渉が避けられる。このため、ケーブルチェーン131,132は、効率的(省スペース)に配置される。
このため、従来のアクチュエータにおいては、2つの磁気センサのセンサケーブル68の引き回し(敷設経路)を、テーブル121,122からベース10に至るまでにおいて任意に設定できない。つまり、2つの磁気センサのセンサケーブル68の引き回し(敷設経路)の選択の自由度が殆どない。
したがって、図11,図12に示すように、2つのケーブルチェーン131,132は、干渉を避けるためにアクチュエータ(ベース10)の幅方向において重なるように配置される。つまり、2つのケーブルチェーン131,132は、無駄なスペースを有して配置される。
なお、磁気センサ64と同一の部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
また、2つのホール素子67(67a,67b)は、中心線CLに対して線対称となる位置に配置される。
さらに、側面70u1,70u2に設けられる取付用インターフェース72a,72bも、中心線CLに対して線対称となる位置に配置される。
また、取付用インターフェース72は、側面70u1,70u2に限らず、主面70s1,70s2や側面70t1,70t2に形成してもよい。
また、取付用インターフェースの数は2つに限らない。複数の面に複数の取付用インターフェースを設ける場合であってもよい。
Claims (4)
- 表面にN極とS極を着磁された磁石部と、
複数のコイルを前記磁石部に対向して配列したコイル部と、
前記磁石部の磁界と前記コイルに流れる電流とにより前記磁石部と前記コイル部と相対移動させる駆動部と、
前記磁石部と前記コイル部の相対位置を検出するエンコーダ部と、
前記エンコーダ部からの検出信号に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
を備えるアクチュエータにおいて、
前記エンコーダ部は、一方向に向けて所定のパターンが形成されたスケールと、前記スケールの側方に配置される原点識別部と、前記スケール及び前記原点識別部に対して対向可能に配置されるセンサ本体部と、を備え、
前記センサ本体部は、前記スケールのパターンを読み取る第一素子と前記原点識別部を
読み取る2つの第二素子と筐体とを有し、
前記第一素子が前記筐体の中央に配置され、
前記2つの第二素子が前記筐体の中央に対して点対称又は線対称となる位置に配置され、
前記コイル部を有する移動部は、前記磁石部を有する固定部に対して個別に相対移動可能な第一移動部と第二移動部を有し、
前記第一移動部と前記第二移動部に、前記エンコーダ部のセンサ本体部がそれぞれ設置され、
前記第一移動部に取り付けられた第一センサ本体部と前記第二移動部に取り付けられた第二センサ本体部は、同一形状のブラケットを介して、異なる取り付け姿勢で取り付けられることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記センサ本体部は、前記筐体の一対の面に、他の部材に取り付けるための取付用部位がそれぞれ形成され、
前記取付用部位が前記筐体の中央に対して点対称となる位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 - 前記センサ本体部は、前記筐体の一つの側面に、前記第一素子と前記第二素子に接続するケーブルが取り付けられ、
前記ケーブルが前記一つの側面の中央に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。 - 前記第一移動部及び前記第二移動部から前記固定部の間に、前記第一センサ本体部及び前記第二センサ本体部からのケーブルを別個に収容するケーブルチェーンがそれぞれ配置され、
前記ケーブルチェーンが前記固定部の幅方向において重ならない位置に配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
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