JP7321847B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。

特許文献１には、永久磁石ユニットを有する可動子と電機子ユニットを有する固定子とを備えた可動磁石型リニアアクチュエータが開示されている。特許文献１においては、電機子ユニットが永久磁石ユニットを挟むように配置されているため、電機子ユニットの励磁コアと永久磁石ユニットの永久磁石との間で作用する吸引力が相殺される。これにより、吸引力による固定子フレームの変形を抑制することができる。

しかしながら、特許文献１において可動子の高速化、高密度化を行うと、コイルの発熱量は増加し、コイルからの熱はコイルを固定するフレームに伝達する。フレームの熱膨張により、フレームにたわみが生じるため、フレーム上のガイドレールに沿って移動する可動子の停止精度が悪化してしまう。また、フレームの熱膨張により、位置検出器の位置がずれるため、可動子の位置の検出精度も悪化してしまう。

そこで、特許文献２には、コイルユニットの発熱をフレームに伝えないためのリニアアクチュエータの構造が開示されている。特許文献２に開示された構造では、コイルユニットとフレームとの間に断熱部材が設けられ、一端がコイルユニットに連結され、他端が放熱部に連結された伝熱部材が設けられている。

特開平１１－１１３２３８号公報 特開２０１８－７８６６８号公報

しかしながら、特許文献２に開示された構造では、コイルユニットとフレームの間に設けられた断熱部材に高い断熱性能が求められると共に、コイルユニットと放熱部との間に設けられた伝熱部材の高い伝熱性能が求められる。そのため、高熱抵抗の断熱部材によりコイル取付部の剛性が低下してしまうと共に、断熱部材の断熱性能を上げるためには広いスペースを要するため、装置が肥大化してしまっていた。

さらには、高い断熱性能の断熱部材及び高い伝熱性能の伝熱部材とするためにはそれぞれ特殊な材料を用いる必要があるため、装置コストが増大してしまっていた。それらにより、たとえ特許文献２の構造をリニアアクチュエータに採用しても、コイルユニットの発熱がフレームに伝わるのを完全に防止するのは困難であり、その結果、フレームが熱膨張してしまっていた。フレームの熱膨張は、可動子の位置決め精度の低下の一因となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、可動子の位置決め精度を向上させることができるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、永久磁石を有する可動子が移動可能なガイドレールと、架台の上に設置され、前記ガイドレールを支持する壁部と、コイルと、前記コイルに連結された伝熱部材と、前記伝熱部材の端部に連結された放熱部材と、前記架台の上に設置され、前記放熱部材に連結された断熱部材と、を有し、前記伝熱部材が前記壁部と離間して配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータが提供される。

本発明によれば、可動子の位置決め精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態による加工システムの全体構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態による搬送システムにおける搬送台車及び搬送モジュールの構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態による搬送システムにおける搬送台車及び搬送モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による搬送モジュールにおける熱の伝達を示す概略図である。 本発明の一実施形態による搬送システムにおける搬送台車及び搬送モジュールの構成の変形例を示す断面図である。

本発明の一実施形態による加工システムについて図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面では、複数の同一構成要素について、区別する場合には同一の数字の符号の末尾にさらに小文字のアルファベットを識別子として付記し、特に区別する必要がない場合には識別子を省略して数字のみの符号を用いる。

まず、本実施形態による加工システムの全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による加工システムの全体構成を示す概略図であり、システム全体を上面から見た図を概略的に表したものである。

カメラ、プリンタカートリッジ等の複雑な形状及び構造を有する製品は、生産ラインで流れ作業により組み立てられることが多い。生産ラインにおいて、隣り合う組付装置は、搬送装置を介して接続されている。組付対象物であるワークは、搬送装置により各組付装置に順次移載され、連続的に処理される。数μｍ～数十μｍの高い組付精度が必要とされる場合、搬送装置により搬送されたワークは、位置決め装置により位置決めされる。これにより、組付装置は所望の精度で組付けを行うことができる。

搬送装置の駆動源として、可動子側を磁石、固定子側をコイルとする可動磁石型リニアアクチュエータが知られている。可動磁石型リニアアクチュエータは、可動子の走行軌道に沿って配列された複数のコイルを備えている。可動磁石型リニアモータは、複数のコイルに駆動電流を適宜通電することにより磁気的に可動子を駆動し、長尺の搬送を行うことが可能である。可動子の走行軌道には、例えばボール循環式のスライダとガイドレールとが使用される。可動子は、ガイドレールに沿って高精度に直線移動又は曲線移動を行うことが可能である。

リニアアクチュエータは、ボールネジ型の搬送装置と比較してバックラッシュがないことから、高い位置決め精度と高い繰返し再現性を有している。このために、リニアモータは精密機器の製造ライン用の高速搬送装置に用いられるようになっている。

本実施形態による加工システムは、ワークを搬送するための搬送装置の駆動源としてリニアアクチュエータを用いたものである。図１に示すように、本実施形態による加工システム００は、搬送装置往路１と、搬送装置復路２と、台車移載装置３と、台車移載装置４と、ワーク投入装置５と、ワーク排出装置６とを有する。さらに、加工システム００は、加工前検査装置７と、加工後検査装置８と、加工装置９と、搬送台車１０とを有している。本実施形態による加工システム００は、加工すべき加工対象であるワークＷを搬送するとともに、搬送台車１０上でワークＷを位置決めする搬送システム０１を含んでいる。加工システム００は、ワークＷを加工して物品を製造する製造方法を実行することができる。

搬送システム０１は、固定子である搬送装置往路１と、搬送装置復路２と、台車移載装置３と、台車移載装置４と、を有している。搬送装置往路１、搬送装置復路２、台車移載装置３及び台車移載装置４は、可動子である搬送台車１０の搬送路を構成する。本実施形態において、搬送台車１０を可動子、搬送台車１０の搬送路を固定子と称する場合がある。

ここで、以下の説明において用いる直交座標系であるＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各座標軸及び方向を定義する。まず、水平に搬送される搬送台車１０の搬送方向に沿ってＸ軸をとる。また、水平に置かれた後述の架台０２に対して垂直な軸、すなわち鉛直方向に沿った軸をＺ軸とし、Ｘ軸及びＺ軸と直交する軸をＹ軸とする。このように座標軸が定義されるＸＹＺ座標系において、Ｘ軸に沿った方向をＸ方向とし、Ｘ方向のうち、搬送台車１０の搬送方向と同方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向とは逆方向を－Ｘ方向とする。また、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向とし、Ｙ方向のうち、＋Ｘ方向に対して右側から左側に向かう方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向とは逆方向を－Ｙ方向とする。また、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向とし、Ｚ方向のうち、搬送路側から搬送台車１０側に向かう方向、すなわち鉛直上向き方向を＋Ｚ方向とし、搬送台車１０側から搬送路側に向かう方向、すなわち鉛直下向き方向を－Ｚ方向とする。

加工システム００においては、それぞれ搬送台車１０を搬送する直線状の搬送路を構成する搬送装置往路１及び搬送装置復路２が互いに平行に設置されている。台車である搬送台車１０は、搬送装置往路１及び搬送装置復路２に沿って搬送される。搬送装置往路１の最上流には、台車移載装置３が設置されている。また、搬送装置往路１の最下流には、台車移載装置４が設置されている。搬送装置往路１に沿って搬送された搬送台車１０は、台車移載装置４により搬送装置復路２に移載される。また、搬送装置復路２に沿って搬送された搬送台車１０は、台車移載装置３により搬送装置往路１に移載される。すなわち、搬送台車１０は、搬送装置往路１及び搬送装置復路２に沿って循環搬送される。なお、搬送台車１０は、１台だけ設置されていてもよいし、複数台設置されていてもよい。

搬送装置往路１及び搬送装置復路２は、モジュール化されて構成されており、複数の搬送モジュール１１を有している。

搬送装置往路１の上流には、搬送台車１０にワークＷを供給して搭載するためのワーク供給装置であるワーク投入装置５が設置されている。搬送装置往路１の下流には、搬送台車１０よりワークＷを取り出して排出するためのワーク排出装置６が設置されている。

ワーク投入装置５とワーク排出装置６との間には、ワーク投入装置５の側からワーク排出装置６の側に向かって、加工前検査装置７と、加工装置９と、加工後検査装置８が順次設置されている。加工前検査装置７は、加工装置９による加工前に搬送台車１０上のワークＷの位置を検出するための装置である。加工装置９は、加工前検査装置７にて位置検出した結果に基づいて、塗布やボンディング、組立作業等の加工を行うための装置である。加工後検査装置８は、加工を行った後に、あらかじめ定められた通りの加工が施されたかどうかを検査するための装置である。なお、加工装置９は１台のみ設置されている場合や複数台設置されている場合がある。複数台の加工装置９は、一定の間隔で設置されている場合や、任意の間隔で設置されている場合がある。

加工装置９は、特に限定されるものではなく、ワークＷに対して種々の加工作業を施す加工装置を用いることができる。

可動子である搬送台車１０は、搬送装置往路１に対して所定の間隔で設置されたワーク投入装置５、加工前検査装置７、加工装置９、加工後検査装置８及びワーク排出装置６の間を順次搬送される台車である。搬送台車１０には、ワーク投入装置５にてワークＷが供給されて投入される。次いで、搬送台車１０上でのワークＷの位置決め及び固定を経た後、加工前検査装置７によるワークＷの位置検出の結果に基づき、搬送台車１０上のワークＷに対して、加工装置９により所定の加工作業が施される。加工装置９によるすべての加工作業が完了した後、加工後検査装置８による検査を経て、ワーク排出装置６により、搬送台車１０上からワークＷが取り出され、ワークＷが加工されてなる物品が製造される。

次に、搬送システム０１における搬送装置往路１、搬送装置復路２、台車移載装置３、４及び搬送台車１０の構成の概略についてさらに図２乃至図４を用いて説明する。

図２は、搬送装置往路１をＹ方向から見た図である。図３は、搬送台車１０及び搬送路の一部である搬送モジュール１１をＹ方向から見た図である。図４は、搬送台車１０及び搬送モジュール１１の構成を示す断面図であり、搬送台車１０及び搬送モジュール１１のＸ方向に垂直な断面を示している。

加工システム００は、複数の搬送モジュール１１、台車移載装置３及び台車移載装置４にそれぞれ通信可能に接続された複数の下位コントローラ４３を有している。下位コントローラ４３は、接続先の搬送モジュール１１又は台車移載装置３、４を制御する。

なお、図２では、説明を簡単にするため、５つの搬送モジュール１１を示し、それぞれに接続された下位コントローラ４３として、５つの下位コントローラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅを示している。また、台車移載装置３に接続された下位コントローラ４３として、下位コントローラ４３ｆ、４３ｇを示している。また、台車移載装置４に接続された下位コントローラ４３として、下位コントローラ４３ｈ、４３ｉを示している。説明では、特に区別する必要がないかぎり、下位コントローラを単に「下位コントローラ４３」と表記する。複数の下位コントローラ４３は、下位コントローラネットワーク４２に接続されている。

加工システム００は、さらに、中位コントローラ４１と、上位コントローラ４０とを有している。複数の下位コントローラ４３には、下位コントローラネットワーク４２を介して、中位コントローラ４１が通信可能に接続されている。中位コントローラ４１は、複数の下位コントローラ４３を制御する。さらに、中位コントローラ４１には、中位コントローラ４１に動作指令を送る上位コントローラ４０が接続されている。

図２に示すように、搬送モジュール１１は、架台０２の水平な設置面上に設置されている。搬送モジュール１１は、搬送モジュール筐体１５と、エンコーダ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、台車を駆動するためのコイル群（複数の台車駆動コイル）１３と、ガイドレール１４とを有している。また、下位コントローラ４３には、図示しない電源が接続されている。コイル群１３は、Ｘ方向に沿って搬送モジュール筐体１５における台車駆動コイルブラケット１９（図３及び図４参照）取り付けられている。ガイドレール１４は、Ｘ方向に沿って搬送モジュール筐体１５の上に取り付けられており、搬送台車１０が移動可能になっている。搬送モジュール筐体１５は、ガイドレール１４に沿って延在してガイドレール１４を支持している。

搬送台車１０は、後述するように、搬送台車ベース３０と、スケール３２と、ガイドブロック３５（図３及び図４参照）とを有している。

下位コントローラ４３は、接続されたエンコーダ１２の出力及びそのエンコーダ１２が設置された位置に基づき、搬送モジュール１１上における搬送台車１０の位置を算出することができる。下位コントローラ４３は、算出した搬送台車１０の位置等に応じて、台車駆動コイル１３に印加される電流量を制御することができる。これにより、下位コントローラ４３は、搬送台車１０を所定の位置まで所定の速度で搬送して停止させることができる。

また、下位コントローラ４３は、隣接する搬送モジュール１１から接続先の搬送モジュール１１に搬送台車１０が進入することをエンコーダ１２により検知することができる。下位コントローラ４３は、接続先の搬送モジュール１１に進入した搬送台車１０を所定の位置まで所定の速度で搬送し、停止させるため、接続先の搬送モジュール１１内における搬送台車１０の制御を行う。

下位コントローラ４３は、中位コントローラ４１と情報をやり取りするための通信機能を有している。下位コントローラ４３は、その下位コントローラ４３が保有するエンコーダ１２により検出される搬送台車１０の位置情報等に関する通信を中位コントローラ４１と行う。

中位コントローラ４１は、搬送台車１０を動作させるための指令を下位コントローラ４３のそれぞれに送信することができる。これにより、中位コントローラ４１は、複数台の搬送台車１０の制御を行うことができる。

なお、搬送装置復路２も、搬送台車１０の搬送方向が、搬送装置往路１における搬送方向とは逆方向となるように構成されている点を除き、上述した搬送装置往路１と同様の構成を有している。

続いて、台車移載装置３及び台車移載装置４の構成について説明する。台車移載装置３及び台車移載装置４は、図２に示すように、それぞれ、Ｙ方向に動作可能な台車移載アクチュエータ５０と、台車移載アクチュエータ５０上に搭載され、搬送モジュール１１と同様の構成のモジュールとを有している。

本実施形態では、台車移載装置３及び台車移載装置４の構成として搬送モジュール１１と同様の構成を用いて説明するが、これに限定されるものではない。搬送台車１０は、搬送装置往路１及び搬送装置復路２の間で他の構成により移載することも可能である。

台車移載装置３に接続された下位コントローラ４３ｆは、台車移載装置３の台車移載アクチュエータ５０を制御する。台車移載装置３に接続された下位コントローラ４３ｇは、下位コントローラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅと同様に、台車移載装置３の搬送モジュール１１と同様の構成のモジュールを制御する。また、台車移載装置４に接続された下位コントローラ４３ｈは、台車移載装置４の台車移載アクチュエータ５０を制御する。台車移載装置４に接続された下位コントローラ４３ｉは、下位コントローラ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅと同様に、台車移載装置４の搬送モジュール１１と同様の構成のモジュールを制御する。

台車移載装置３及び台車移載装置４は、それぞれ、搬送装置往路１と搬送装置復路２との間を動作することにより、搬送台車１０の移載を行う。台車移載装置４は、搬送装置往路１に沿って搬送された搬送台車１０を、搬送装置往路１から搬送装置復路２に移載する。台車移載装置３は、搬送装置復路２に沿って搬送された搬送台車１０を、搬送装置復路２から搬送装置往路１に移載する。

上位コントローラ４０は、加工システム００全体を制御し、中位コントローラ４１の他に、ワーク投入装置５、ワーク排出装置６、加工前検査装置７、加工後検査装置８、加工装置９を制御する図示しない各装置用のコントローラ等が通信可能に接続されている。上位コントローラ４０は、加工システム００における各装置の動作及び動作順を制御する。

次に、搬送台車１０及び搬送モジュール１１の構成について図３及び図４を用いて説明する。

図３及び図４に示すように、固定子である搬送路の一部である搬送モジュール１１は、搬送モジュール筐体１５と、エンコーダ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、台車駆動コイル１３と、ガイドレール１４と、エンコーダブラケット１８とを有している。さらに、搬送モジュール１１は、放熱部１７と、台車駆動コイルブラケット１９と、断熱部材２０と、伝熱コイルブラケット２２とを有している。

可動子である搬送台車１０は、搬送台車ベース３０と、スケールブラケット３１と、スケール３２と、永久磁石３３と、永久磁石ブラケット３４と、ガイドブロック３５とを有している。

搬送モジュール１１は、架台０２と２枚の板状の搬送モジュール筐体１５とにより構成された上部解放の凹型構造を有している。２枚の板状の搬送モジュール筐体１５は、架台０２上において、Ｙ方向に互いに内壁が対向するように設置された壁部になっている。

２枚の搬送モジュール筐体１５の内壁の間には、Ｙ方向に互いに内壁が対向するように２枚の板状の台車駆動コイルブラケット１９が配置されている。２枚の台車駆動コイルブラケット１９の内壁には、互いに対向するように対の台車駆動コイル１３が設置されている。対の台車駆動コイル１３は、それらの間を搬送台車１０に設置された永久磁石３３及び永久磁石ブラケット３４が通過するように構成されている。

搬送台車１０において、搬送台車ベース３０の上面は、ワークＷが搭載される面になっている。搬送台車ベース３０の上面には、ワークＷの位置決め、固定等を行う機構が設置されていてもよい。一方、搬送台車ベース３０の下面には、ガイドブロック３５及び永久磁石ブラケット３４が設置されている。ガイドブロック３５は、搬送台車ベース３０の下面のＸ方向に沿った両端部に設置されている。永久磁石ブラケット３４は、搬送台車ベース３０の下面の中央にＸ方向に沿って設置されている。搬送台車ベース３０及び永久磁石ブラケット３４を有する搬送台車１０は、Ｘ方向から見てＴ型の断面構造を有している。永久磁石ブラケット３４には、複数の永久磁石３３が埋めこまれるように設置されている。複数の永久磁石３３は、Ｘ方向に並ぶように永久磁石ブラケット３４に設置されている。なお、本明細書において、永久磁石ブラケット３４と永久磁石３３とをあわせて永久磁石と称する場合がある。

搬送モジュール１１における台車駆動コイル１３には、下位コントローラ４３による制御に従って電流が印加される。これにより、搬送台車ベース３０に取り付けられた複数の永久磁石３３と、台車駆動コイルブラケット１９に取り付けられた台車駆動コイル１３との間には、搬送台車１０を駆動する電磁力が発生する。搬送台車１０は、複数の永久磁石３３と台車駆動コイル１３との間に発生する電磁力により駆動され、搬送モジュール１１上をＸ方向に沿って搬送される。すなわち、搬送台車１０は、搬送装置往路１上を＋Ｘ方向に沿って搬送され、搬送装置復路２上を－Ｘ方向に沿って搬送される。このように、本実施形態では、台車駆動コイル１３は動かず、永久磁石３３が移動する、ムービングマグネット（ＭＭ）型リニアアクチュエータによる搬送システム０１が構成されている。

搬送台車１０において、スケール３２は、スケールブラケット３１を介して、搬送台車ベース３０のＸ方向に沿った側面にエンコーダ１２による位置検出可能な位置に取り付けられている。すなわち、スケール３２は、エンコーダ１２と対向するように取り付けられている。スケール３２は、搬送台車１０の位置検出に用いられるパターンを有している。なお、スケール３２は、スケールブラケット３１を介さず搬送台車ベース３０の側面に直接取り付けられていてもよい。本明細書においては、スケールブラケット３１とスケール３２とをあわせてスケールと称する場合がある。

一方、搬送モジュール１１において、搬送モジュール筐体１５の外側の一方の側面に、エンコーダブラケット（センサ取り付け部材）１８を介してエンコーダ１２が設置されている。エンコーダ１２は、エンコーダブラケット１８によってエンコーダ１２のスケール読み取り部である検出部をスケール３２と対向して配置されるように調整されている。なお、本実施形態ではエンコーダ１２が３個設置されている例を示したが、これに限るものではない。搬送モジュール１１は、少なくとも１つ以上のエンコーダ１２を有していればよい。エンコーダ１２の数は、例えば、搬送台車１０、搬送モジュール１１等のサイズに応じて設定することができる。また、エンコーダ１２は、エンコーダブラケット１８を介さず搬送モジュール筐体１５の側面に直接取り付けられていてもよい。本明細書においては、エンコーダブラケット１８とエンコーダ１２とをあわせてエンコーダと称する場合がある。また、本実施形態では、位置検出部としてエンコーダ及びスケールを用いて可動子の位置を検出する形態について述べるがこれに限ることない。固定子に対する可動子の位置を検出できる公知のセンサを位置検出部として用いることができる。本明細書においては、可動子に取り付けられる部材をスケール、固定子に取り付けられる部材をエンコーダ又はセンサと称する。

エンコーダ１２ａとエンコーダ１２ｂの間隔及びエンコーダ１２ｂとエンコーダ１２ｃの間隔は、それぞれ搬送台車１０に取り付けられたスケール３２の長さよりも短いことが好ましい。そうすることによって搬送モジュール１１上のどの位置においても搬送台車１０の位置をエンコーダ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのいずれかにより検出することができる。

搬送モジュール１１のエンコーダ１２は、搬送台車１０に取り付けられたスケール３２とのギャップが一定となるように搬送モジュール筐体１５に取り付けられている。エンコーダ１２は、スケール３２のパターンを読み取ることにより、搬送台車１０のＸ方向における位置を、エンコーダ１２からの相対位置として検出することができる。

台車駆動コイルブラケット１９は、台車駆動コイルブラケット１９の下側に配置された伝熱コイルブラケット２２に設置されて伝熱コイルブラケット２２に連結されている。伝熱コイルブラケット２２は、搬送モジュール１１上の搬送台車１０における永久磁石ブラケット３４よりも低い位置、すなわち永久磁石ブラケット３４が接触しない位置に設けられている。伝熱コイルブラケット２２上には、互いに対向する２枚の搬送モジュール筐体１５の内側において、２枚の台車駆動コイルブラケット１９が互いに対向するように設置されている。２枚の台車駆動コイルブラケット１９の互いに対向する面には、それぞれ台車駆動コイル１３が間隙を空けて設置されている。台車駆動コイル１３の間の間隙は、永久磁石３３が設置された永久磁石ブラケット３４が通過可能な幅になっている。

台車駆動コイル１３が直接設置された台車駆動コイルブラケット１９、及び台車駆動コイルブラケット１９に連結された伝熱コイルブラケット２２は、それぞれ台車駆動コイル１３の発熱により発生した熱が伝熱される伝熱部材として機能する。

伝熱コイルブラケット２２の２枚の搬送モジュール筐体１５の側の両端部は、２枚の搬送モジュール筐体１５のそれぞれに設けられた貫通穴２１を貫通して、２枚の搬送モジュール筐体１５の外側の搬送モジュール筐体１５の外壁側部に張り出している。伝熱コイルブラケット２２の張り出した両端部には、後述するように断熱部材２０を介して架台０２上に支持された放熱部材１７が設置されて連結されている。

このように、本実施形態では、伝熱コイルブラケット２２を介して、搬送モジュール筐体１５に対して台車駆動コイル１３とは反対側の搬送モジュール筐体１５の外壁側部に、台車駆動コイル１３で発生した熱を放熱する放熱部材１７が連結されている。このような構成により、台車駆動コイル１３が設置された搬送モジュール筐体１５の内壁部分の狭小なスペースに代えて外壁側部の広大なスペースを活用して、放熱部材１７に必要なスペースを確保することが可能となる。同様のスペースを搬送モジュール筐体１５の内壁部分に設けようとすると、装置が大型する問題や、搬送モジュール筐体１５の剛性が低下する問題が発生する。本実施形態では、これらの問題を回避して、台車駆動コイル１３の発熱により発生した熱を放熱するための放熱部材１７を設置することができる。

台車駆動コイルブラケット１９及び伝熱コイルブラケット２２と搬送モジュール筐体１５との間には、断熱層２３ａが設けられている。これにより、台車駆動コイルブラケット１９及び伝熱コイルブラケット２２と搬送モジュール筐体１５とは、互いに接触することがないように設置されている。

また、伝熱コイルブラケット２２と貫通穴２１の内壁との間には、同様に断熱層２３ｂが設けられている。これにより、伝熱コイルブラケット２２は、貫通穴２１の内壁に接触することがないように設置されている。すなわち、伝熱コイルブラケット２２は、貫通穴２１内において搬送モジュール筐体１５に接触することがないように設置されている。

断熱層２３ａ、２３ｂは、それぞれ、熱伝導率の低い層、例えば空気層である。断熱層２３ａ、２３ｂは、伝熱部材である台車駆動コイルブラケット１９及び伝熱コイルブラケット２２の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有している。これにより、断熱層２３ａ、２３ｂは、台車駆動コイルブラケット１９及び伝熱コイルブラケット２２から搬送モジュール筐体１５への伝熱を防止又は抑制する。

ガイドレール１４は、搬送モジュール筐体１５の上面にＸ方向に沿って並列に２本設置されている。ガイドレール１４には、搬送台車１０のガイドブロック３５が案内されている。これにより、搬送台車１０は、Ｘ方向に沿って移動可能に搬送モジュール１１上に配置されている。

上述のように、エンコーダ１２及びガイドレール１４は、それぞれ搬送モジュール筐体１５に設置されている。ここで、エンコーダ１２及びガイドレール１４は、どちらもリニアアクチュエータの位置決め精度に影響する部品である。さらに、エンコーダ１２は、リニアアクチュエータの停止精度に影響する。ガイドレール１４は、リニアアクチュエータの走行精度に影響する。

このようなエンコーダ１２及びガイドレール１４が設置された搬送モジュール筐体１５は、断熱層２３ａ、２３ｂにより、台車駆動コイル１３で発熱した熱が伝熱される伝熱コイルブラケット２２に接触せずに伝熱コイルブラケット２２から断熱されている。このため、搬送モジュール筐体１５は、台車駆動コイル１３の熱による熱膨張等の影響に起因する経時変化が低減された構成になっている。さらに、搬送モジュール筐体１５を高剛性の部材により構成することにより、搬送モジュール筐体１５の経時変化をさらに低減することができる。このように、本実施形態では、精度に影響するエンコーダ１２及びガイドレール１４が設置された搬送モジュール筐体１５の経時変化が低減されている。このため、本実施形態によれば、可動子である搬送台車１０の位置決め精度を向上することができ、リニアアクチュエータの性能が向上することができる。

また、本実施形態によれば、搬送台車１０の位置決め精度を向上することができるともに、より小さいスペースにて台車駆動コイル１３の冷却を行うことができるため、リニアアクチュエータのサイズを小型化することができる。

また、搬送台車１０上のワークＷに対しては、加工装置９等に設けられた図示しない加工ツール等により、加工時に外力が負荷する。この外力がワークＷを介して搬送台車１０に伝わる。さらに、搬送台車１０に伝わった外力は、ガイドブロック３５及びガイドレール１４に伝わる。搬送モジュール筐体１５は、ガイドレール１４に伝わった外力を受ける。このため、搬送モジュール筐体１５は、加工ツール等から受ける外力に耐えられるだけの剛性を有することが必要となる。

なお、搬送モジュール筐体１５に設けられた貫通穴２１の形状は、伝熱コイルブラケット２２が貫通穴２１を貫通して搬送モジュール筐体１５の外側にその端部が張り出すことができるものであれば特に限定されるものではなく、種々の形状であってよい。ただし、貫通穴２１の開口部の大きさは、搬送モジュール筐体１５の剛性がほとんど変化しない範囲に設定することが好ましい。

貫通穴２１を通じて２枚の搬送モジュール筐体１５の外壁側部に張り出した伝熱コイルブラケット２２の両端部には、それぞれ放熱部材１７が設置されている。放熱部材１７は、台車駆動コイル１３の発熱により発生して台車駆動コイルブラケット１９及び伝熱コイルブラケット２２に伝熱された熱を放熱する。また、放熱部材１７は、エンコーダ１２及びスケール３２を保護する目的をも兼ねて設置されている。

各放熱部材１７は、搬送モジュール筐体１５の外壁側部に張り出した伝熱コイルブラケット２２の端部に接続された接続部１７ａと、接続部１７ａに支持された板状部１７ｂとを有している。板状部１７ｂは、架台０２上の搬送モジュール１１及び搬送台車１０の側部を覆うＸＺ平面に沿った板状の形状を有している。板状部１７ｂは、搬送モジュール筐体１５に設けられたエンコーダ１２及びスケール３２を保護するように外側から覆っている。放熱部材１７は、板状部１７ｂを有することにより、高い放熱効果を確保するとともに、エンコーダ１２及びスケール３２を保護する保護部としても機能することができる。

放熱部材１７の板状部１７ｂは、図３及び図４に示すように板状の部品でもよいし、放熱性能を向上するためにフィン形状をしたものでもよい。また、放熱部材１７は、放熱性能を向上するために中空構造とし、中空部に冷却媒体を流入して強制的に冷却するように構成してもよい。

各放熱部材１７の接続部１７ａの下部には、接続部１７ａを支持する断熱部材２０が設置されて連結されている。断熱部材２０は、架台０２上に設置されており、接続部１７ａと架台０２との間を断熱する。放熱部材１７及び放熱部材１７に接続された伝熱コイルブラケット２２は、断熱部材２０を介して架台０２に設置されている。

ここで、本実施形態による搬送モジュール１１における熱の伝達について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による搬送モジュール１１における熱の伝達を示す概略図である。図５では、熱の流れを矢印で示している。

台車駆動コイル１３の発熱により生じた熱は、台車駆動コイルブラケット１９に伝熱され、伝熱コイルブラケット２２に伝熱される。伝熱コイルブラケット２２は、熱伝導率の高いアルミニウム等の材質を使用するのが望ましいが、必ずしも熱伝導率が高い材質を選定する必要はない。この理由は後述する。

伝熱コイルブラケット２２に伝熱された熱は、放熱部材１７に伝熱され、大気へと放熱される。ここで、台車駆動コイル１３と台車駆動コイルブラケット１９との境界部の温度をＴ１［℃］、台車駆動コイルブラケット１９と伝熱コイルブラケット２２の境界部の温度をＴ２［℃］とする。また、伝熱コイルブラケット２２と放熱部材１７との境界部の温度をＴ３［℃］、放熱部材１７と断熱部材２０との境界部の温度をＴ４［℃］とする。また、架台０２の温度をＴ５［℃］、搬送モジュール１１の周囲の環境温度をＴ［℃］とする。台車駆動コイルブラケット１９の熱抵抗をＲ１２［℃／Ｗ］、伝熱コイルブラケット２２の熱抵抗をＲ２３［℃／Ｗ］、断熱部材２０の熱抵抗をＲ４５［℃／Ｗ］とする。また、台車駆動コイル１３の発熱量をＷ［Ｗ］とする。

装置稼働によって、台車駆動コイル１３が発熱して発熱量Ｗの全量が台車駆動コイル１３から台車駆動コイルブラケット１９を介して伝熱コイルブラケット２２に伝わったとする。この場合、Ｔ１とＴ２との温度間には、次式（１）で示される関係が成り立つ。
Ｔ２＝Ｔ１－Ｒ１２×Ｗ ・・・（１）

すなわち、台車駆動コイルブラケット１９の熱抵抗Ｒ１２と伝熱量Ｗ（＝台車駆動コイル１３の発熱量Ｗ）を乗じた分の温度低下が生じる。同様にＴ２とＴ３との温度間には、次式（２）で示される関係が成り立つ。
Ｔ３＝Ｔ２－Ｒ２３×Ｗ ・・・（２）

式（１）、（２）よりＴ１とＴ３との温度間には次式（３）で示される関係が成り立つ。
Ｔ３＝Ｔ１－（Ｒ１２＋Ｒ２３）×Ｗ ・・・（３）

すなわち、台車駆動コイルブラケット１９の熱抵抗Ｒ１２と伝熱コイルブラケット２２の熱抵抗Ｒ２３を足した熱抵抗（Ｒ１２＋Ｒ２３）に伝熱量Ｗ（＝台車駆動コイル１３の発熱量Ｗ）を乗じた分の温度低下が生じる。

また、放熱部材１７の平均温度を（Ｔ３＋Ｔ４）／２とし、放熱部材１７の大気等の冷却媒体に対しての放熱面積をＡ［ｍ^２］とし、単位面積あたりの放熱係数をＨ［Ｗ／ｍ^２・℃］とする。すると、放熱部材１７の放熱量Ｗ_Ｃ［Ｗ］は、次式（４）で求めることができる。
Ｗ_Ｃ＝Ｈ×Ａ×（｛（Ｔ３＋Ｔ４）／２｝－Ｔ） ・・・（４）

ここで、台車駆動コイル１３の発熱量Ｗの全量を放熱部材１７にて放熱するためには、次式（５）が成り立つようにすればよい。
Ｗ＝Ｗ_Ｃ＝Ｈ×Ａ×［｛（Ｔ３＋Ｔ４）／２｝－Ｔ］ ・・・（５）

すなわち、発熱量Ｗの全量を放熱部材１７にて放熱するためには、単位面積あたりの放熱係数Ｈを大きくするか、放熱面積Ａを大きくするか、放熱部材１７の平均温度（Ｔ３＋Ｔ４）／２と環境温度Ｔとの差を大きくすればよい。

放熱係数Ｈは、一般的に、エアによる自然対流、エアによる強制対流及び冷却水の各場合では、冷却水の場合に最も大きく、エアによる強制対流の場合に次いで大きく、エアによる自然対流の場合に最も小さくなる。放熱係数Ｈを大きくするためには、より放熱係数Ｈが大きくなる冷却方式を選択すればよい。ただし、冷却にかかるコストは、通常、エアによる自然対流の場合に最も低く、エアによる強制対流の場合に次いで低く、冷却水の場合に最も高くなる。

また、放熱面積Ａを大きくするためには、できるだけ大きな放熱部材１７を設置することが好ましい。ただし、スペース等の問題を考慮すると、ヒートシンク等のように放熱部材１７の形状をフィン形状等とし、できるだけ小さなスペースに大きな放熱面積Ａを確保すればよい。これにより、省スペース化を実現することができる。

また、放熱部材１７の平均温度（Ｔ３＋Ｔ４）／２と環境温度Ｔとの差を大きくするためには、式（３）より、台車駆動コイルブラケット１９の熱抵抗Ｒ１２と伝熱コイルブラケット２２の熱抵抗Ｒ２３とを足した熱抵抗（Ｒ１２＋Ｒ２３）を小さくすればよい。つまり、できるだけ安価で放熱係数Ｈの低い冷却方式や、できるだけ小型で放熱面積Ａの小さい放熱部材１７を採用する場合には、台車駆動コイルブラケット１９の熱抵抗Ｒ１２と伝熱コイルブラケット２２の熱抵抗Ｒ２３を小さくすればよい。

一方、台車駆動コイル１３の発熱量Ｗと放熱部材１７の放熱量Ｗ_Ｃとが等しい場合には、放熱部材１７にて台車駆動コイル１３の発熱量Ｗの全量を放熱し、Ｔ４＝Ｔとなる。しかしながら、放熱部材１７にて台車駆動コイル１３の発熱量Ｗの全量を放熱しきれない場合には、次式（６）で示される関係が成り立つ。
Ｔ５＝Ｔ４－Ｒ４５×（Ｗ－Ｗ_Ｃ） ・・・（６）

通常、断熱部材２０の熱抵抗Ｒ４５がより大きいほど、断熱部材２０の断熱性能はより高くなる。一方、放熱部材１７にて台車駆動コイル１３の発熱量Ｗの大半を放熱可能に設定することで、断熱部材２０に伝達する熱量は限りなく小さくなる。すなわち、断熱部材２０の材質として熱伝導率の低い高価な材質を選定する必要もない上に、もし、断熱部材２０の材質として熱伝導率の低い材質を選定した場合には、断熱部材２０によるさらなる断熱効果を期待することができる。

さらに、架台０２は、搬送モジュール１１を構成する各部品と比べて、極めて大きな熱容量を持つ。したがって、断熱部材２０を通過する熱量にて架台０２の温度Ｔ５が大きく上昇することはないため、Ｔ５≒Ｔとなる。このように架台０２の温度Ｔ５が上昇しなければ、搬送モジュール筐体１５へ台車駆動コイル１３の熱が伝わることがないため、台車駆動コイル１３の温度に関係なく、搬送モジュール筐体１５の温度を一定に保つことができる。これにより、台車駆動コイル１３の発熱による搬送モジュール筐体１５の熱膨張を防止又は低減することができる。

上記のように、本実施形態による搬送モジュール１１においては、台車駆動コイル１３の発熱量Ｗの伝達経路中に放熱部材１７を備えられている。このため、伝熱部材や断熱部材の熱抵抗値の大小によって、搬送モジュール筐体１５に台車駆動コイル１３の熱が伝わることがない。したがって、本実施形態によれば、搬送モジュール１１を構成する部材の材料として高価な断熱材料及び伝熱材料を選択する必要がなくなる上に、伝熱部材及び断熱部材を小型化することも可能となる。

なお、搬送モジュール１１の放熱性能を向上するため、以下のような構成を採用することができる。

例えば、放熱部材１７を上述のようにフィン形状の部品にすることや、中空構造を有するものとすることができる。さらに、中空構造を有する放熱部材１７の場合、その内部に冷却用の媒体を流すことができる。冷却用の媒体は、伝熱部材を冷却する冷却水等の冷却流体である。こうして、放熱部材１７の放熱性能を向上することができる。

また、台車駆動コイルブラケット１９、伝熱コイルブラケット２２等の伝熱部材をフィン形状の部品にすることや、中空構造を有するものとすることができる。さらに、中空構造を有する台車駆動コイルブラケット１９、伝熱コイルブラケット２２等の伝熱部材の場合、その内部に冷却用の媒体を流すことができる。冷却用の媒体は、伝熱部材を冷却する冷却水等の冷却流体である。こうして、台車駆動コイルブラケット１９、伝熱コイルブラケット２２等の伝熱部材を、熱を放熱するための放熱部材として機能させることもできる。

さらに、例えば、断熱部材２０をフィン形状の部品にすることや、中空構造を有するものとすることができる。さらに、中空構造を有する断熱部材２０の場合、その内部に冷却用の媒体を流すことができる。冷却用の媒体は、例えば断熱部材２０を冷却する冷却水等の冷却流体である。こうして、断熱部材２０を、熱を放熱するための放熱部材１７として機能させることもできる。

図６は、中空構造を有する断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱部材である伝熱コイルブラケット２２に冷却流体を流す構成の一例を示している。図示するように、搬送モジュール１１に対して、断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の内部に冷却流体を供給して流す流体供給装置３６が設置されている。

流体供給装置３６は、例えばチラー等により構成されている。流体供給装置３６は、図６中の矢印を含む線で示すように、冷却流体を、架台０２の側から断熱部材２０の内部に流入させ、断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の各内部に冷却流体を順次流す。さらに、流体供給装置３６は、伝熱コイルブラケット２２の側から冷却流体を流出させる。こうして、流体供給装置３６は、断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の各内部において冷却流体を順次循環させることにより、断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２を冷却する。

なお、流体供給装置３６は、断熱部材２０、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の各内部の全部に冷却流体を流すのみならず、これらのうちの一部の内部に冷却流体を流すこともできる。例えば、流体供給装置３６は、伝熱コイルブラケット２２の内部には冷却流体を流さず、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の各内部に冷却流体を流すこともできる。また、例えば、流体供給装置３６は、放熱部材１７及び伝熱コイルブラケット２２の各内部には冷却流体を流さず、伝熱コイルブラケット２２の内部に冷却流体を流すこともできる。

また、上述のように中空構造を採用する場合、放熱部材１７、台車駆動コイルブラケット１９、伝熱コイルブラケット２２及び断熱部材２０の少なくとも一部について中空構造を有するものとすることができる。

００ 加工システム
０１ 搬送システム
０２ 架台
１ 搬送装置往路
２ 搬送装置復路
９ 加工装置
１０ 搬送台車
１１ 搬送モジュール
１２ エンコーダ
１３ 台車駆動コイル
１４ ガイドレール
１５ 搬送モジュール筐体
１７ 放熱部材
１９ 台車駆動コイルブラケット
２０ 断熱部材
２１ 貫通穴
２２ 伝熱コイルブラケット
２３ａ、２３ｂ 断熱層
３２ スケール
３３ 永久磁石

Claims (16)

1. 永久磁石を有する可動子が移動可能なガイドレールと、
   架台の上に設置され、前記ガイドレールを支持する壁部と、
   コイルと、
   前記コイルに連結された伝熱部材と、
   前記伝熱部材の端部に連結された放熱部材と、
   前記架台の上に設置され、前記放熱部材に連結された断熱部材と、を有し、
   前記伝熱部材が前記壁部と離間して配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記壁部には、貫通穴が設けられ、
   前記伝熱部材は、前記貫通穴を貫通して端部が前記壁部の外側に張り出した第１の伝熱部材を含み、
   前記伝熱部材と前記壁部との間に設けられた断熱層を有し、
   前記断熱層は、前記貫通穴の内壁と前記第１の伝熱部材との間に設けられた第１の断熱層を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記放熱部材は、前記第１の伝熱部材の前記端部に連結されている
   ことを特徴とする請求項２記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記伝熱部材は、前記コイルが設置された第２の伝熱部材を含み、
   前記断熱層は、前記第２の伝熱部材と前記壁部との間に設けられた第２の断熱層を含む
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記放熱部材は、板状部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
6. 前記壁部に設けられ、前記可動子の位置を検出する位置検出部を有し、
   前記板状部は、前記位置検出部を覆っている
   ことを特徴とする請求項５記載のリニアアクチュエータ。
7. 互いに対向する２つの前記壁部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
8. 前記放熱部材、前記断熱部材及び前記伝熱部材のうちの少なくともいずれかは、中空構造を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
9. 前記放熱部材及び前記断熱部材は、前記中空構造を有し、
   前記放熱部材及び前記断熱部材に冷却流体を流す流体供給装置を有する
   ことを特徴とする請求項８記載のリニアアクチュエータ。
10. 前記流体供給装置は、前記放熱部材及び前記断熱部材に前記架台の側から前記冷却流体を流入させ、前記伝熱部材の側から流出させる
    ことを特徴とする請求項９記載のリニアアクチュエータ。
11. 前記伝熱部材は、前記中空構造を有し、
    前記伝熱部材に冷却流体を流す流体供給装置を有する
    ことを特徴とする請求項８記載のリニアアクチュエータ。
12. 前記断熱層は、空気層である
    ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
13. 前記放熱部材と前記断熱部材が一体に形成されている請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
14. 永久磁石を有する可動子が移動可能なガイドレールと、
    前記ガイドレールを支持する壁部と、
    前記壁部が設置された架台と、
    前記架台の上に設置された断熱部材と、
    前記断熱部材が連結された放熱部材と、
    前記放熱部材と端部で連結された伝熱部材と、
    前記伝熱部材に連結されたコイルと、を有し、
    前記コイルと前記ガイドレールの最短の熱伝導路が、前記伝熱部材、前記放熱部材、前記断熱部材、前記架台および前記壁部を介して形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータと、
    前記可動子により搬送されるワークを加工する加工装置と
    を有することを特徴とする加工システム。
16. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータを用いて物品を製造する物品の製造方法であって、
    前記可動子によりワークを搬送し、
    前記ワークを加工することにより物品を製造する
    ことを特徴とする物品の製造方法。

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