JP6056570B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータに関するものである。

従来より、例えばクリーンな環境下での半導体関連の物品の搬送など様々な用途で用いられるモータとして、高い位置決め精度と耐摩耗性に優れた多様な形態のリニアモータが知られている。

典型的な磁気回路を用いたものに比べ、同じ大きさでもより大きな推力を取り出すことが可能なリニアモータとして、平板状に構成した可動子を二次側部材として直線方向に移動可能に設けるとともに、可動子の表面及び裏面にそれぞれ対向する一次側磁界発生部材としての固定子を設け、それぞれ対向する面に磁石または鉄心からなる歯（磁極歯）を形成したものが知られている（特許文献１参照）。このように可動子を二次側部材として構成することで、可動子は磁石やコイル、さらには電気的接続部を必要とせず軽量化することができるため、より高速に移動させることが可能となっている。

また、本出願人は、可動子の磁極歯を薄型化しつつ漏れ磁束による損失の少ない可動子を有するリニアモータを提供すべく、一次側磁界発生部材としての固定子と、二次側部材としての可動子とを備えたリニアモータであって、可動子の移動方向に所定ピッチで配置した複数の磁極歯と、それらを連結する樹脂製の連結部とから構成した可動子を２つの固定子に挟まれる位置に配置し、可動子のうち固定子に挟まれる部分を板状に形成した構成を案出し、特許出願している（特許文献２参照）。

特開２０１０−１３０８９２号公報 特開２０１２−２１００１１号公報

近時では、リニアモータを用いて、例えば軽量物の搬送をより一層早い速度、高加速度で移動させたいという要求が益々増えている。

このような要求に応えるべく、可動子のさらなる軽量化を実現した場合、軽量化に伴って可動子の剛性が低下して撓み変形すれば、固定子との間に所定寸法の均一なギャップを確保することができず、可動子の高速、高加速度での移動を実現できない場面が生じ得る。また、ギャップを介して対向配置された可動子と固定子を備えたリニアモータでは、固定子によって可動子に作用する磁気力を、可動子及び固定子の対向方向である高さ方向において釣り合うように設計することで、可動子に対して移動方向以外の力が略作用しないように構成されているが、実際には、リニアモータの組立時や製造時の公差のため、固定子のうち相対的に可動子に近い部分への吸引力が働き、このようなアンバランスな吸引力に起因して、軽量化した可動子であれば撓み変形の度合いが大きくなってしまうことが想定される。また、可動子に付帯させた被ガイド部をガイドレールに案内させながら可動子を直線移動させる構成を採用した場合、磁気吸引力のアンバランスに起因して被ガイド部やガイドレールに偏荷重が作用する事態も想定され、このような事態になれば被ガイド部やガイドレールの長寿命化を阻害し得る。そこで、偏荷重にも耐え得るように被ガイド部やガイドレールを大型化することも考えられるが、コンパクト化を実現できないため、万全を期す構成であるとは言い難い。

本発明者は、鋭意研究の末、可動子のさらなる軽量化に伴う可動子自体の撓み及びアンバランスな吸引力に起因する可動子の変形を防止・抑制して、固定子と可動子との間に所定寸法のギャップを確保し、可動子を高速、高加速度で移動可能な構成にするとともに、可動子に付帯させた被ガイド部をガイドレールに案内させながら可動子を直線移動させる構成を採用しつつ、被ガイド部及びガイドレールの長寿命化及び小型化を図ることができ、被ガイド部を、可動子の剛性向上に貢献する部材に適切に取り付けることができるように構成したリニアモータを発明するに至った。

すなわち本発明は、コイルを有する一次側磁界発生部材としての固定子と、厚み方向において所定ギャップを介して固定子に対向する位置に配置され且つ固定子に対して直線方向に相対移動可能な二次側部材としての可動子と、固定子の近傍に設けられ且つ可動子を移動方向に案内可能なガイドレールとを備えたリニアモータに関するものである。

そして、本発明に係るリニアモータは、固定子として、磁界を形成可能な第１磁極歯を可動子の移動方向（以下、単に「移動方向」と称す）に沿って所定ピッチで備えたものを適用し、可動子として、磁界を形成可能な第２磁極歯と、第２磁極歯を保持する非磁性体の保持部材の剛性を高める非磁性体の補強部とを備えたものを適用し、補強部が、少なくとも第２磁極歯のうち固定子に対向する面よりも厚み方向において固定子に近い位置に配置される固定子対向面、及びガイドレールに案内される被ガイド部を取り付ける被ガイド部取付面を有し、少なくとも固定子対向面を平滑に形成し且つ第１磁極歯のうち可動子に対向する面に対して平行としていることを特徴としている。

このようなリニアモータであれば、第２磁極歯と非磁性体の補強部とを用いて可動子を構成しているため、可動子の構成部品数を少なくすることで可動子全体の軽量化を実現することが可能であるとともに、第２磁極歯を保持する非磁性体の保持部材の撓みを補強部によって防止し、さらに、補強部のうち、第２磁極歯よりも厚み方向において固定子に近い位置に配置される固定子対向面を平滑に形成し、この固定子対向面を固定子の第１磁極歯のうち可動子に対向する面に対して平行としているため、固定子と可動子の間に所定寸法の均一なギャップを確保することができ、トルク向上に寄与し、可動子を直線的に移動させる正常な動作を確保することができる。また、リニアモータの組立時や製造時の公差のため、固定子のうち相対的に可動子に近い部分への吸引力が働き、このようなアンバランスな吸引力に起因して、軽量化した可動子であれば撓み変形の度合いが大きくなることが想定されるが、本発明のリニアモータでは、第２磁極歯を保持する非磁性体の保持部材の撓みを補強部によって防止する構造を採用しているため、アンバランスな吸引力に起因する可動子の変形も防止・抑制することができる。

しかも、本発明のリニアモータであれば、ガイドレールによって可動子の直線移動を案内する構成を採用して可動子の安定した動作を維持しつつ、磁気吸引力のアンバランスに起因して被ガイド部及びガイドレールに偏荷重が作用する事態を防止・抑制することができ、被ガイド部及びガイドレールの長寿命化を図ることができる。また、本発明のリニアモータであれば、偏荷重にも耐え得るようにガイドレールや被ガイド部を大型化する必要性がなく、ガイドレール及び被ガイド部のコンパクト化をも実現できる。さらに、本発明のリニアモータは、磁気吸引力のアンバランスを解消することができ、磁気吸引力のアンバランスが生じる構成と比較して、被ガイド部及びガイドレールに作用する負荷を軽減することで定格荷重を小さくすることができ、被ガイド部として軽量で小型なものを選択することが可能になり、その結果、小型で軽量の被ガイド部を可動子に付帯させれば、可動子のより一層大きな加速度を得ることができる。

加えて、本発明のリニアモータでは、可動子の剛性向上に貢献する補強部に被ガイド部を取り付ける被ガイド部取付面を確保することで、被ガイド部を取り付けるための専用部材を可動子に設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができる。

このように、本発明のリニアモータであれば、可動子全体の軽量化及び剛性向上を両立させることができ、可動子と固定子の間に均一なギャップを確保して、被ガイド部をガイドレールに案内させながら可動子全体をより一層早い速度、高加速度で移動させることが可能である。

このように、本発明のリニアモータであれば、可動子全体の軽量化及び剛性向上を両立させることができ、可動子と固定子の間に均一なギャップを確保して、被ガイド部をガイドレールに案内させながら可動子全体をより一層早い速度、高加速度で移動させることが可能である。

さらに、本発明のリニアモータでは、補強部の固定子対向面と被ガイド部取付面とを段違いに設定することも可能であるが、加工容易性及び高い寸法精度を確保するのであれば、固定子対向面と被ガイド部取付面とを同一平面上に形成していることが望ましい。

また、本発明のリニアモータにおいて、被ガイド部のうち被ガイド部取付面に接触する面と、被ガイド部取付面をそれぞれ平滑に形成すれば、補強部の被ガイド部面取付面に対する被ガイド部の良好な取付状態及び被ガイド部を介した可動子の安定した直線移動を維持することができる。

本発明において、補強部の好適な一例としては、保持部材を収容可能な非磁性体のケースによって構成したものを挙げることができる。

また、本発明のリニアモータにおいて、ケースによる保持部材の良好な収容状態及びケースに対する被ガイド部の良好な取付状態を確保しつつ可動子の軽量化を図るために、ケースのうち、保持部材の収容に寄与しない部位であり且つ被ガイド部の取り付けに寄与しない部位に肉抜き部を形成することができる。

また、本発明は、ヨークを可動子に設けた（形成した）リニアモータを包含するが、可動子の軽量化という観点からすればヨークを設けていない（ヨークとして機能する部分を有しない）可動子の方が有利である。そこで、本発明のリニアモータでは、可動子を厚み方向において２つの固定子に所定ギャップを介して挟まれる位置に配置した構成を採用することができる。このような構成であれば、ヨークを備えていないことによる可動子の軽量化を図ることができるとともに、可動子に推力を与えるために、可動子と、この可動子を挟む２つの固定子との間に磁気回路を形成した場合、可動子の第２磁極歯がヨークに連続せずにそれぞれ独立して構成されているために、可動子の各第２磁極歯がヨークに連続
している構成と比較して相対的に漏れ磁束を少なくすることも可能であり、各固定子における第１磁極歯と可動子の第２磁極歯との間の磁束密度をより大きくして可動子に対する推力を大きくすることができ、同一の電力であってもさらに可動子の加速度を増大させて、反応を速くすることが可能である。

本発明によれば、固定子によって直線方向に移動可能に駆動される二次側部材としての可動子を、移動方向に沿って所定ピッチで配置され且つ磁界を形成可能な第２磁極歯と、第２磁極歯を保持する非磁性体の保持部材の剛性を高める非磁性体の補強部とを備えたものにし、補強部のうち固定子対向面を平滑に形成しているため、可動子の軽量化及び剛性向上を実現できるとともに、ガイドレールによって可動子の直線移動を案内する構成を採用して可動子の安定した動作を維持しつつ、ガイドレールに案内される被ガイド部を、可動子の剛性向上に貢献する補強部に形成した被ガイド部取付面に取付可能に構成することで、可動子の所定箇所（被ガイド部取付面）に対する被ガイド部の取付処理の簡易化及び補強部に対する被ガイド部の良好な取付状態を維持することが可能なリニアモータを提供することができる。また、上述した構成を採用することによって、可動子の軽量化を図りつつ、アンバランスな吸引力に起因する可動子の変形も防止・抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るリニアモータの分解斜視図。 同実施形態に係るリニアモータのうち筐体を省略した全体斜視図。 同実施形態に係るリニアモータを可動子の移動方向から見た図。 図３のａ方向矢視図。 図３のｂ−ｂ線端面図。 図５の要部拡大図。 図４のｄ−ｄ線端面図。 同実施形態における可動子の分解斜視図。 同実施形態における可動子を移動方向から見た図。 図９のｅ方向矢視図。 図１０のｆ−ｆ線断面図。 同実施形態の一変形例における可動子の全体斜視図。 図１２に示す可動子を移動方向から見た図。 同実施形態の他の一変形例における可動子を移動方向から見た図。

本発明の一実施形態に係るリニアモータＬは、図１乃至図４（図１はリニアモータＬ全体の分解斜視図であり、図２は筐体１を省略したリニアモータＬの斜視図であり、図３は可動子４の移動方向Ａから見たリニアモータＬの全体図であり、図４は図３のａ方向矢視図である）に示すように、対向配置した一対の一次側磁界発生部材としての固定子２，３と、これら一対の固定子２，３同士の間に配置した二次側部材としての可動子４とを主体としてなり、一対の固定子２，３によって可動子４を直線方向（図１及び図２における矢印Ａ方向）に移動可能に構成したものである。

本実施形態のリニアモータＬでは、一対の固定子２，３同士が対向する方向である高さ方向において、相対的に下側の固定子３（以下、「下側固定子３」と称し、他方の固定子を「上側固定子２」と称す）の近傍に、可動子４を所定の移動方向Ａに案内可能なガイドレール５を設けている。上述の通り、可動子４の移動方向Ａは図１の矢印Ａ方向であり、以下における「移動方向Ａ」は可動子４の移動方向Ａを意味する。また、以下の説明における「幅方向」は、可動子４の移動方向Ａに直交し且つ一対の固定子２，３同士が対向する方向（高さ方向）にも直交する方向を指す。

本実施形態では、これら上側固定子２、下側固定子３、可動子４及びガイドレール５５を共通の筐体１内に収容可能に構成している。筐体１は、上側筐体１１と下側筐体１２とを備えている。

上側筐体１１は、図１、図３及び図４に示すように、移動方向Ａ及び下方に開放された下向きコ字状をなし、天井壁１１１と、天井壁１１１の両側縁から下方に垂下する一対の垂下壁１１２とによって形成したものである。本実施形態では、天井壁１１１の下向き面に、上側固定子２を幅方向に挟んだ状態で保持可能な一対の上側保持板１１３を設けている。これら一対の保持板１１３のうち一方の保持板１１３にセンサブラケットＳ１を取り付け、このセンサブラケットＳ１にセンサヘッドＳ２を固定している。

下側筐体１２は、図１、図３及び図４に示すように、移動方向Ａ及び上方に開放された上向きコ字状をなし、底壁１２１と、底壁１２１の両側縁から上方に起立する一対の起立壁１２２と、各起立壁１２２の上端部からそれぞれ対向する他方の起立壁１２２に向かって突出させた突出壁１２３とによって形成したものである。本実施形態では、底壁１２１の上向き面に、下側固定子３を幅方向に挟んだ状態で保持可能な一対の下側保持板１２４を設けている。一対の起立壁１２２の突出端同士の離間寸法を、下側固定子３の幅寸法よりも大きく設定し、各起立壁１２２の上向き面にそれぞれ移動方向Ａに沿って延伸するガイドレール５を固定している。

上側固定子２は、図２、図３及び図５（図５は図３のｂ−ｂ線端面図である）に示すように、上側固定子コア部２１と、上側固定子コア部２１に設けたコイルＣとを備えている。上側固定子コア部２１は、例えば軟磁性の積層鋼板（幅方向に積層した鋼板）によって形成したものであり、高さ方向において相対的に可動子４に近い端部（下端部）に、移動方向Ａに沿って一定間隔で上側ティース２２（極歯）を形成し、移動方向Ａに隣り合う上側ティース２２同士の間にそれぞれ永久磁石Ｍを挿入して固定している。本実施形態では、図６（同図は図５の要部拡大図である）に示すように、各永久磁石Ｍを、Ｓ極またはＮ極が可動子４の移動方向Ａを向く姿勢で配置し、移動方向Ａに隣り合う永久磁石Ｍ同士は磁化の方向が互いに逆向きとなっている。したがって、移動方向Ａに隣り合う永久磁石Ｍ同士に挟まれて磁極歯（本発明の「第１磁極歯」）として機能する複数の上側ティース２２は、移動方向Ａに沿ってＳ極の上側ティース２２とＮ極の上側ティース２２が交互に並ぶ配置になる。なお、各永久磁石Ｍのピッチは、後述する第２磁極歯４１のピッチの半分程度であることが好ましいが、後述する第２磁極歯４１のピッチの半分に限定されず、適宜のピッチに設定してもよい。

コイルＣは、上側固定子２コアのうち所定数の上側ティース２２毎に設けたスロットに巻回したものである。本実施形態では、図示しない三相交流電源によってＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電流が流れるように設定している。そして、上側固定子２において三相の電流を通電可能なコイルＣの数（つまり３本のコイルＣ）を備えた領域を１セットとして捉えた場合、本実施形態の上側固定子２は、移動方向Ａに複数セット（図示例では２セット）配置したものであるといえる。

下側固定子３は、図２、図３、図５乃至図７（図７は図４のｄ−ｄ線端面図である）に示すように、上側固定子２と同一形状であり、本発明の第１磁極歯として機能する下側ティース３２が、高さ方向に対向する上側固定子２の上側ティース２２と反対の磁極となるように設定している点で上側固定子２と異なる。つまり、下側固定子３は、下側固定子コア部３１と、下側固定子コア部３１に設けたコイルＣとを備え、例えば軟磁性の積層鋼板（移動方向Ａに対して直交する幅方向に積層した鋼板）によって形成した下側固定子コア部３１のうち高さ方向において相対的に可動子４に近い端部（上端部）に、複数の下側ティース３２を移動方向Ａに沿って所定ピッチで設けるとともに、コイルＣを巻回する下側スロットを形成している。そして、図６に示すように、移動方向Ａに並ぶ下側ティース３２同士の間にそれぞれ永久磁石Ｍを挿入し、移動方向Ａに隣り合う永久磁石Ｍ同士の磁性を反対の向きに設定することによって、移動方向Ａに隣り合う永久磁石Ｍ同士に挟まれて磁極歯（本発明の「第１磁極歯」）として機能する複数の下側ティース３２は、移動方向Ａに沿ってＳ極の下側ティース３２とＮ極の下側ティース３２が交互に並ぶ配置になる。

このような上側固定子２及び下側固定子３は、筐体１内においてそれぞれ上側保持板１１３、下側保持板１２４にそれぞれ保持され、この保持状態で可動子４を挟む位置に相互に平行となる関係に維持されている。そして、上述したように、本実施形態のリニアモータＬでは、上側固定子２及び下側固定子３のうち高さ方向に対向する位置に配置される上側第１磁極歯２２（上側ティース２２）と下側第１磁極歯３２（下側ティース３２）が相互に異なる磁極となるように設定している。

可動子４は、図１乃至図３、図７乃至図１１（図８は可動子４の分解斜視図であり、図９は移動方向Ａから見た可動子４の全体図であり、図１０は可動子４の側面図（図９のｅ方向矢視図）であり、図１１は図１０のｆ−ｆ線断面図である）に示すように、移動方向Ａに沿って所定ピッチで配置され且つ磁界を形成可能な複数の第２磁極歯４１と、これら複数の第２磁極歯４１を保持する非磁性体の保持部材の剛性を高める補強部とを備え、上側固定子２及び下側固定子３に対向する面を平滑に形成したものである。本実施形態では、移動方向Ａにおける可動子４の寸法を、上述した上側固定子２及び下側固定子３の１セット分に相当する長さに設定している。

本実施形態では、保持部材として複数の第２磁極歯４１を保持する非磁性体のホルダ４２を適用している。ホルダ４２は、第２磁極歯４１を隙間無く保持する保持孔４２１と、空洞の肉抜き孔４２２とを移動方向Ａに沿って交互に形成した例えば樹脂製の一体成形品である。本実施形態では、保持孔４２１及び肉抜き孔４２２として、厚み方向に貫通した孔を適用している。これら保持孔４２１及び肉抜き孔４２２は、何れもホルダ４２の幅方向に長尺であり且つ厚み方向に平行な断面において略矩形状をなす点が共通である。本実施形態の可動子４では、移動方向Ａにおける保持孔４２１の開口寸法を、移動方向Ａにおける肉抜き孔４２２の開口寸法よりも大きく設定している。なお、移動方向Ａにおける肉抜き孔４２２の開口寸法を、移動方向Ａにおける保持孔４２１の開口寸法よりも大きく設定した構成を採用してもよい。

そして、各保持孔４２１に第２磁極歯４１を隙間無く保持させた状態において、ホルダ４２のうち移動方向Ａに隣り合う保持孔４２１と肉抜き孔４２２との境界部分４２３が、移動方向Ａにおける各第２磁極歯４１の位置決め部として機能している。

第２磁極歯４１は、強磁性の板材であるいわゆる電磁鋼板としての鋼板を幅方向に積層して構成したものである。なお、電磁鋼板としての鋼板を移動方向Ａに積層して構成した第２磁極歯４１であってもよい。そして、ホルダ４２の保持孔４２１にそれぞれ保持された各第２磁極歯４１のうち上側部分が上側第１磁極歯２２と対向し、下側部分が下側第１磁極歯３２と対向する。また、各第２磁極歯４１は、ホルダ４２のうち保持孔４２１と肉抜き孔４２２との境界部分４２３によって移動方向Ａに独立している。このような構成及び配置に設定した第２磁極歯４１を有する可動子４を備えたリニアモータＬでは、各固定子（上側固定子２、下側固定子３）から与えられる磁界によって可動子４内部で発生する渦電流を抑制し、磁気的な効率の低下を防ぐことができる。

本実施形態のリニアモータＬでは、第２磁極歯４１を保持したホルダ４２を収容可能なケース４３によって補強部を構成している。ケース４３は、内部にホルダ４２を収容可能なホルダ収容部４３１を有し、上向き面及び下向き面をそれぞれ平滑に形成した平板状の非磁性体である。ケース４３には、非磁性に加えて、絶縁性、比重が小さい、剛性が高いことが要求され、本実施形態では、これらを全て満たす素材としてＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック: carbon
fiber reinforced plastics）を適用している。すなわち、本実施形態のリニアモータＬは、ＣＦＲＰ製の一体成形品であるケース４３を備えた可動子４を適用している。ケース４３は、第２磁極歯４１のうち固定子２，３に対向する面よりも厚み方向（可動子４と固定子２，３がギャップを介して対峙する方向）において固定子２，３に近い位置に配置される固定子対向面４３ａ，４３ｂと、ガイドレール５に案内される被ガイド部４４を取り付ける被ガイド部取付面４３ｃとを有するものである。ここで、固定子対向面４３ａ，４３ｂは、第２磁極歯４１のうち固定子２，３に対向する面よりも厚み方向（可動子４と固定子２，３がギャップを介して対峙する方向）において優先して固定子２，３に対向する面として捉えることができる。本実施形態のリニアモータＬは、可動子４を厚み方向に上側固定子２及び下側固定子３で挟む配置を採用しているため、ケース４３の上向き面及び下向き面にそれぞれ固定子対向面４３ａ，４３ｂを設定している。より具体的に本実施形態のリニアモータＬは、ケース４２の上向き面のうち厚み方向においてホルダ４２と重なる面と、ケース４２の下向き面のうち厚み方向においてホルダ４２と重なる面をそれぞれ上側固定子対向面４３ａ、下側固定子対向面４３ｂとして機能させている。ここで、ケース４３のうち、第２磁極歯４１における上側固定子２に対向する面（本実施形態では、第２磁極歯４１のうち上側固定子２に対向する面は、ホルダ４２の上向き面と同一平面上または略同一平面上にある面になる）を被覆する面、換言すれば第２磁極歯４１における上側固定子２に対向する面に直接接する面を上側被覆面４３ｄとした場合、上側固定子対向面４３ａは上側被覆面４３ｄに対して表裏の関係にある面である。同様に、ケース４３のうち、第２磁極歯４１における下側固定子３に対向する面（本実施形態では、第２磁極歯４１のうち下側固定子３に対向する面は、ホルダ４２の下向き面と同一平面上または略同一平面上にある面になる）を被覆する面、換言すれば第２磁極歯４１における下側固定子３に対向する面に直接接する面を下側被覆面４３ｅとした場合、下側固定子対向面４３ｂは下側被覆面４３ｅに対して表裏の関係にある面である。そして、本実施形態のリニアアクチュエータＬでは、フラットな平面を形成する固定子対向面４３ａ，４３ｂを、固定子（上側固定子２，下側固定子３）における第１磁極歯２２，３２のうち可動子４に対向する面に対して平行となるように設定している。

ケース４３のうちホルダ収容部４３１は、移動方向Ａにおいて外部に開放されており、このホルダ収容部４３１にホルダ４２を収容した状態で、ケース４３及びホルダ４２の移動方向Ａにおける端が一致する。ここで、上述したケース４３における上側被覆面４３ｄ及び下側被覆面４３ｅは、ホルダ収容部４３１の空間を規定する面であって厚み方向（高さ方向）に対向する面と同義である。また、ケース４３の幅寸法は、ホルダ４２の幅寸法よりも大きく、ケース４３の幅方向中央部にホルダ収容部４３１を形成し、ホルダ収容部４３１が形成されていない部分（本実施形態ではケース４３の各コーナー部）に、被ガイド部４４を取付可能に構成している。本実施形態のケース４３では、ケース４３の四隅に形成したネジ挿通孔４３２を利用して被ガイド部４４をケース４３の下向き面における四隅に固定している。すなわちケース４３の下向き面の四隅は、被ガイド部４４を取り付けるための被ガイド部取付面４３ｃとして機能する。ここで、本実施形態ではケース４３の下向き面全体を平滑に形成しているため、被ガイド部取付面４３ｃも平滑な面である。また、ケース４３のうち被ガイド部取付面４３ｃ、及び下側固定子３に対向する固定子対向面（下側固定子対向面４３ｂ）は同一平面上に形成したフラットな平滑面である。

各被ガイド部４４は、ケース４３の下向き面に接触する面４４ａを平滑な面に設定し、ガイドレール５を幅方向から挟み込んだ状態でこのガイドレール５に係合可能なガイド係合部４４ｂを備えたものである。本実施形態のリニアモータＬでは、１本のガイドレール５に対して、移動方向Ａに沿って所定寸法離間させた位置に配置した２つの被ガイド部４４が案内されるように構成している。

また、ケース４３の上向き面には移動方向Ａに延伸するセンサスケールＳ３を適宜の方法によって固定している。このセンサスケールＳ３は、ケース４３の上向き面のうち、平面視においてホルダ収容部４３１に重ならない領域に配置され、上述の筐体１に設けたセンサヘッドＳ２によって読み取られることで、可動子４の位置把握に寄与するものである。

本実施形態のリニアモータＬは、ケース４３のうち、ホルダ４２の収容に寄与しない部位であり且つ被ガイド部４４の取り付けに寄与しない部位に肉抜き部４３３を形成している。具体的には、図１１に示すように、ケース４３のうち幅方向においてホルダ収容部４３１を挟み得る部分にそれぞれケース４３の側方にのみ開口する肉抜き部４３３を形成している。

このような構成を有するケース４３は、ホルダ４２の剛性を高める補強部としての機能を発揮し、さらには、上述したように、ケース４３の上向き面のうち、平面視においてホルダ収容部４３１に重なる領域が上側固定子対向面４３ａとして機能し、ケース４３の下向き面のうち、平面視においてホルダ収容部４３１に重なる領域が下側固定子対向面４３ｂとして機能する。

そして、本実施形態に係るリニアモータＬは、図６に示すように、可動子４のうち上側固定子２に対向する面（具体的にはケース４３の上向き面のうち平面視においてホルダ収容部４３１に重なる面）と上側固定子２との間、及び下側可動子４３に対向する面（具体的にはケース４３の上向き面のうち平面視においてホルダ収容部４３１に重なる面）と下側固定子３との間にはそれぞれ所定の同一寸法のギャップ（磁気ギャップ）を形成している。

このような相対位置関係に設定した可動子４、上側固定子２、下側固定子３を備えた本実施形態のリニアモータＬでは、上側固定子２及び下側固定子３によって可動子４に作用する磁気力を高さ方向において釣り合わせて、可動子４に対して移動方向Ａ以外の力が略作用しないように構成している。

このように構成したリニアモータＬは、高さ方向に対向する上側第１磁極歯２２と下側第１磁極歯３２の極性は異なっており、図示しない制御部からコイルＣに所定のパターンで三相交流電流を流すとことによって、各固定子（上側固定子２、下側固定子３）と可動子４とを通る種々のパターンの磁気回路を形成し、可動子４と各固定子（上側固定子２、下側固定子３）のギャップには、上側第１磁極歯２２、第２磁極歯４１、下側第１磁極歯３２の間を交番する磁束が通り、上側第１磁極歯２２と第２磁極歯４１との間、及び第２磁極歯４１と下側第１磁極歯３２との間に吸引力が発生して可動子４に推力を発生させることができる。

このように本実施形態に係るリニアモータＬでは、磁界を形成可能な第１磁極歯（上側第１磁極歯２２、下側第１磁極歯３２）を可動子４の移動方向Ａに沿って所定ピッチで設け且つコイルＣを備えた一次側磁界発生部材として機能する固定子（上側固定子２、下側固定子３）に対向する位置に配置され二次側部材として機能する可動子４として、移動方向Ａに沿って所定ピッチで配置され且つ磁界を形成可能な第２磁極歯４１と、これら複数の第２磁極歯４１を保持する非磁性体の保持部材（ホルダ４２）の剛性を高める補強部として機能するケース４３とを備えたものを適用しているため、可動子４の軽量化を図るべく、第１磁極歯及び保持部材（ホルダ４２）を薄く形成した場合であってもケース４３によって可動子４全体の剛性を高めることができるとともに、ケース４３のうち固定子（上側固定子２、下側固定子３）に対向する固定子対向面４３ａ，４３ｂを平滑に形成し且つ第１磁極歯２２，３２のうち可動子４に対向する面に対して平行としているため、固定子（上側固定子２、下側固定子３）と可動子４の間に凹凸のない所定寸法の均一なギャップを確保することができ、トルク向上に寄与し、可動子４を固定子２，３に対して相対的に直線移動させる正常な動作を確保することができる。さらに、ケース４３を厚み寸法を小さく設定すれば可動子４全体の薄型化に役立ち、ケース４３による良好な剛性を有しつつ従来の可動子よりも薄い可動子４を実現できる。その結果、推力の低下を極力抑えて小型軽量化を図ることができ、高加速度を実現可能な可動子４を備えた実用性・機能性に富むリニアモータＬを提供することができる。また、従来のリニアモータでは、組立時や製造時の公差のため、固定子のうち相対的に可動子に近い部分への吸引力が働き、このようなアンバランスな吸引力に起因して、軽量化した可動子であれば撓み変形の度合いが大きくなることが想定されるが、本実施形態のリニアモータＬでは、第２磁極歯４１を保持する非磁性体の保持部材４２の撓みを補強部であるケース４３によって防止する構造を採用しているため、アンバランスな吸引力に起因する可動子４の変形も防止・抑制することができる。

しかも、本実施形態のリニアモータＬは、ガイドレール５に被ガイド部４４を案内させながら可動子４を直線移動させる構成を採用することで可動子４の安定した動作を維持しつつ、磁気吸引力のアンバランスに起因して被ガイド部４４及びガイドレール５に偏荷重が作用する事態を防止・抑制することができ、被ガイド部４４及びガイドレール５を用いて構成されるリニアガイド機構の長寿命化を図ることができる。また、本実施形態のリニアモータＬによれば、偏荷重にも耐え得るように被ガイド部４４及びガイドレール５を大型化する必要性がなく、被ガイド部４４及びガイドレール５のコンパクト化をも実現できる。さらに、本実施形態のリニアモータＬは、磁気吸引力のアンバランスを解消することができるため、磁気吸引力のアンバランスが生じる構成と比較して、被ガイド部４４及びガイドレール５に作用する負荷を軽減することで定格荷重を小さくすることができ、ガイドレール５にガイドされる被ガイド部４４として軽量で小型なものを選択することが可能になり、その結果、小型で軽量の被ガイド部４４を可動子４の一部に取り付けることで可動子４のより一層大きな加速度を得ることができる。特に、本実施形態に係るリニアモータＬは、相互に離間して設けた複数の被ガイド部４４を備えた可動子４を適用しており、磁気吸引力のアンバランスを防止・抑制することで各被ガイド部４４が接触するガイドレール５の部分単位で作用する負荷が大きく異なるという事態を回避することができ、各被ガイド部４４を介した可動子４全体のスムーズな直線移動を確保しつつ、上述した被ガイド部４４及びガイドレール５の長寿命化及び小型化を実現することができる。

加えて、本実施形態に係るリニアモータＬは、固定子（上側固定子２、下側固定子３）に干渉しない位置に固定したガイドレール５に案内させる被ガイド部４４をケース４３の一部に設定した被ガイド部取付面４３ｃに取付可能に構成しているため、被ガイド部４４を取り付けるための専用部材をケース４３とは別に可動子４に設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるとともに、被ガイド部４４のうち被ガイド部取付面４３ｃに接触する面及びケース４３の被ガイド部取付面４３ｃを互いに平行となるフラットな平滑面に形成しているため、ケース４３に対する被ガイド部４４の取付処理の簡易化及びケース４３に対する被ガイド部４４の良好な取付状態を維持することができる。特に、本実施形態に係るリニアモータＬでは、被ガイド部取付面４３ｃを固定子対向面（下側固定子対向面４３ｂ）と同一平面上に形成しているため、被ガイド部取付面と固定子対向面を段違いの面に形成する態様と比較して、加工容易性に優れ、高い加工精度・寸法精度を確保し易いというメリットを得ることができる。

また、本実施形態のリニアモータＬは、固定子（上側固定子２、下側固定子３）とは干渉しない位置に固定したガイドレール５にガイドされる被ガイド部４４を、ケース４３のうち固定子（上側固定子２、下側固定子３）対向しない部分（平面視において固定子２，３と重ならない部分）に設定した被ガイド部取付面４３ｃに取付可能に構成しているため、固定子（上側固定子２、下側固定子３）の第１磁極歯（上側第１磁極歯２２、下側第１磁極歯３２）と可動子４の第２磁極歯４１とを通る磁束の経路から外れた位置にガイドレール５及び被ガイド部４４を配置することで、コイルＣの通電時には固定子（上側固定子２、下側固定子３）と可動子４の間の磁束密度を所期の値に維持しながら、被ガイド部４４をガイドレール５に案内させることで可動子４の安定した動作を維持することができる。

また、本実施形態のリニアモータＬでは、ケース４３のうち、ホルダ４２の収容に寄与しない部位であり且つ被ガイド部４４の取り付けに寄与しない部位に肉抜き部４３３を形成しているため、ケース４３によるホルダ４２の良好な収容状態及びケース４３に対する被ガイド部４４の良好な取付状態を確保しつつ可動子４の軽量化を図ることができる。

特に、本実施形態のリニアモータＬは、厚み方向（高さ方向）において２つの固定子（上側固定子２、下側固定子３）に所定ギャップを介して挟まれる位置に可動子４を配置した構成であるため、可動子４に推力を与えるために、各固定子（上側固定子２、下側固定子３）と可動子４とを辿る磁気回路を形成した場合、一方の固定子の第１磁極歯から可動子４の第２磁極歯４１を通る磁束が、可動子４のうちその第２磁極歯４１以外の部分を辿ることなく他方の固定子の第１磁極歯を辿るように構成することが可能になり、可動子４内部で発生し得る漏れ磁束を、可動子４の移動方向Ａに隣り合う第２磁極歯４１同士をヨークを介して連続して形成した構成と比較して相対的に少なくすることができ、可動子４及び各固定子（上側固定子２、下側固定子３）を通る磁束密度をより一層大きくして可動子４に対する推力を大きくすることができ、同一の電力であってもさらに可動子４の加速度を増大させて、反応を速くすることが可能である。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。例えば、ガイドレールや被ガイド部の形状などに応じて、被ガイド部取付面を固定子対向面よりも固定子に近い面または固定子対向面よりも固定子から離れた面に設定した方がよい場合には、被ガイド部取付面と固定子対向面とを高さ違い（段違い）の面に設定しても構わない。

また、被ガイド部のうち被ガイド部取付面に接触する面の全体又は一部に凹凸（曲面も含む）がある場合には、それらの形状に応じて被ガイド部取付面の形状も、この被ガイド部取付面に対する被ガイド部のがたつきの無い良好な取付状態を実現できるように適宜変更すればよい。

また、補強部のうち固定子対向面以外の部分（被ガイド部取付面も含めて）は凹凸のある形状（平滑でない形状）であっても構わない。

さらに、固定子対向面と被ガイド部取付面が相互に異なる方向を向く面であってもよい。

また、上述の実施形態では、補強部としてケースを例示したが、第２磁極歯における固定子に対向する面を被覆する非磁性材からなる平板状の部材によって補強部を実現してもよい。この場合、可動子の厚み方向に一対の固定子を対向配置したリニアモータであれば、例えば図１２及び図１３に示すように、保持部材（ホルダ４２）のうち固定子（図示省略）に対向する面をそれぞれ個別に被覆する非磁性材からなる２枚の板状部材（平板）４９によって補強部を構成している。補強部として機能する各板状部材４９のうち、第２磁極歯４１に直接接触して第２磁極歯４１を被覆する面（上側被覆面４９ｄ、下側被覆面４９ｅ）に対して表裏関係にある面が固定子対向面（上側固定子対向面４９ａ、下側固定子対向面４９ｂ）であり、被ガイド部４４を取り付ける面が被ガイド部取付面４９ｃである。なお、図１２及び図１３では、各板状部材４９にそれぞれセンサスケールＳ３を設けた構成を例示しているが、何れか一方の板状部材４９にのみセンサスケールＳ３を設けた構成であってもよい。

また、可動子の厚み方向における何れか一方の面に対向する位置に固定子を配置したリニアモータであれば、例えば図１４に示すように、第２磁極歯４１のうち固定子（図示省略）に対向する面を被覆する非磁性材からなる１枚の板状部材（平板）４９によって補強部を実現することができる。補強部として機能する板状部材４９のうち、第２磁極歯４１に直接接触して第２磁極歯４１を被覆する面（被覆面４９ｄ、下側被覆面４９ｅ）に対して表裏関係にある面が固定子対向面（上側固定子対向面４９ａ、下側固定子対向面４９ｂ）であり、被ガイド部４４を取り付ける面が被ガイド部取付面４９ｃである。なお、図１２乃至図１４では、上述の実施形態に対応する部分や箇所には同じ符号を付している。

また、保持部材の剛性を高めるべく保持部材に一体に形成した部位によって補強部を実現してもよい。例えば射出成形や接着処理などによって保持部材と補強部を一体又は一体的に構成することも可能である。

また、保持部材の剛性を高める補強部をケースによって構成した場合に、ケースに形成する肉抜き部として、ケースの所定方向（厚み方向や幅方向等）に貫通した孔や、所定方向に開口した切欠やスリット、或いは凹部を採用してもよい。肉抜き部の数や形成箇所も適宜変更・選択することができる。

保持部材や補強部は、非磁性体であればよく、樹脂やＣＦＰＲ以外の適宜の非磁性素材から形成することができる。保持部材や補強部の素材として、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：glass fiber reinforced plastics）、ステンレス、チタン、セラミックなどを適用してもよい。これらは何れも非磁性体であり、さらに、絶縁体であって比重が小さく、剛性が高いという特性を有し、保持部材や補強部に要求される機能を発揮するためには好適な素材である。

上述の実施形態では、ホルダに形成する肉抜き孔として厚み方向（ギャップを介して固定子に対面する方向）に貫通する孔を例示したが、肉抜き孔として厚み方向に貫通していない凹部を適用してもよい。また、厚み方向に貫通した肉抜き孔と、厚み方向に貫通していない肉抜き孔とを混在させた構成であっても構わない。或いは、肉抜き孔を形成していないホルダであってもよい。

また、固定子と可動子をそれぞれ１つずつ備えたリニアモータであってもよい。この場合、可動子に、移動方向に隣り合う第２磁極歯同士に連続して磁路を形成する部分（ヨーク）を設けることで、１対１の関係で配置した固定子と可動子との間における磁束のスムーズに流れを確保することができる。

１本のガイドレールに対して単一又は３以上の被ガイド部をガイドさせる構成や、リニアモータ全体において、１本又は３本以上のガイドレールを固定子に干渉しない位置に配置した構成を採用してもよい。

また、可動子と固定子とが相互に対向する方向から見た状態において、第１磁極歯又は第２磁極歯の両方または何れか一方を、可動子の移動方向に対して所定角度傾斜した姿勢（スキュー姿勢）で等ピッチで配置した構成にすることもできる。

また、可動子が第２磁極歯を１つだけ有するものであってもよい。この場合、保持部材は単一の第２磁極歯を保持する機能を発揮する非磁性体のものであればよく、補強部はこのような保持部材の剛性を高める非磁性体のものであれば十分である。保持部材は、上述の実施形態で述べた形状のホルダに限られず、第２磁極歯の形状や数に応じて種々の形状に変更したり、ホルダ以外の部品によって構成することも可能である。保持部材は、補強部と一体成形したものや、適宜の処理によって補強部と一体的に構成したものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

２，３…固定子（上側固定子，下側固定子）
２２，３２…第１磁極歯（上側第１磁極歯，下側第１磁極歯）
４…可動子
４１…第２磁極歯
４２…保持部材（ホルダ）
４３…補強部（ケース）
４３１…ホルダ収容部
４３３…肉抜き部
４３ａ，４３ｂ…固定子対向面（上側固定子対向面，下側固定子対向面）
４３ｃ…被ガイド部取付面
４４…被ガイド部
４９…補強部（板状部材）
４９ａ，４９ｂ…固定子対向面（上側固定子対向面，下側固定子対向面）
４９ｃ…被ガイド部取付面
４９ｆ…固定子対向面
５…ガイドレール
Ｃ…コイル
Ｌ…リニアモータ

Claims (6)

1. コイルを有する一次側磁界発生部材としての固定子と、厚み方向において所定ギャップを介して前記固定子に対向する位置に配置され且つ前記固定子に対して直線方向に相対移動可能な二次側部材としての可動子と、前記固定子の近傍に設けられ且つ前記可動子を移動方向に案内可能なガイドレールとを備えたリニアモータであって、
   前記固定子が、磁界を形成可能な第１磁極歯を前記可動子の移動方向に沿って所定ピッチで備えたものであり、
   前記可動子が、
   磁界を形成可能な第２磁極歯と、前記第２磁極歯を保持する非磁性体の保持部材の剛性を高める非磁性体の補強部とを備えたものであり、
   前記補強部が、
   少なくとも前記第２磁極歯のうち前記固定子に対向する面よりも前記厚み方向において前記固定子に近い位置に配置される固定子対向面、及び前記ガイドレールに案内される被ガイド部を取り付ける被ガイド部取付面を有し、少なくとも前記固定子対向面を平滑に形成し且つ前記第１磁極歯のうち前記可動子に対向する面に対して平行としていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記固定子対向面及び前記被ガイド部取付面を同一平面上に形成している請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記被ガイド部のうち前記被ガイド部取付面に接触する面、及び前記被ガイド部取付面をそれぞれ平滑に形成している請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 前記保持部材を収容可能な非磁性体のケースによって前記補強部を構成している請求項１乃至３の何れかに記載のリニアモータ。
5. 前記ケースのうち、前記保持部材の収容に寄与しない部位であり且つ前記被ガイド部の取り付けに寄与しない部位に肉抜き部を形成している請求項４に記載のリニアモータ。
6. 厚み方向において２つの前記固定子に所定ギャップを介して挟まれる位置に前記可動子を配置した構成である請求項１乃至５の何れかに記載のリニアモータ。

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