KR101475555B1 - 액추에이터 - Google Patents

Abstract

실시 형태에 관한 액추에이터는, 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되어 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 기구와, 상기 출력축의 길이 방향으로 배치되고 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 구비한다.

Description

액추에이터{ACTUATOR}

개시된 실시 형태는 액추에이터에 관한 것이다.

종래에는 회전 동작과 직동 동작을 실현하기 위하여, 출원인들은 일본 특허 공개 2007-143385호 공보에서, 회전 모터와 리니어 모터의 전기자 권선을 동심원 형상으로 중첩시키는 동시에, 가동자의 일단부의 직동 회전 스케일과 고정자의 일단부의 직동 회전 검출기를 대향 배치하는 구성으로 하여, 가동자에 직접 토크와 추진력을 발생시키는 액추에이터를 제안하였다.

그러나, 본 출원인은, 더욱 연구 개발을 진행시킴에 있어서 시장의 요구에 적응한 액추에이터의 고정밀화나 고출력화에 집중할 것이 요망된다고 생각한다.

실시 형태의 일 태양은 고정밀화나 고출력화된 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시 형태의 일 태양에 관한 액추에이터는, 프레임의 내부에 동심원 형상이 되도록 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되어, 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 기구와, 상기 출력축의 길이 방향으로 배치되고, 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함하는 검출기부를 구비한다.

실시 형태의 일 태양에 따르면, 고정밀화나 고출력화된 액추에이터를 제공할 수 있다.

본 발명의 보다 완전한 인식이나 그에 수반되는 이점은, 이하의 발명의 상세한 설명을 첨부 도면과 대조하면서 보면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 제 1 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 2는 그 밖의 지지 기구를 도시하는 측단면도이다.
도 3은 제 1 실시 형태를 도시하는 계자부의 단면도이다.
도 4는 제 1 실시 형태에서의 전기자 권선과 영구 자석의 배치 관계를 도시하는 전개도이다.
도 5는 제 2 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 6은 제 3 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 7은 제 4 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 8은 제 5 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 9는 제 6 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 10은 제 6 실시 형태를 도시하는 계자부의 단면도이다.
도 11은 제 6 실시 형태에서의 전기자 권선과 영구 자석의 배치 관계를 도시하는 전개도이다.
도 12는 제 7 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 13은 제 8 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 14는 제 9 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 15는 제 10 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 16은 제 11 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 17은 제 12 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.
도 18은 제 13 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.

실시 형태에 관한 액추에이터는, 프레임의 내부에 동심원 형상이 되도록 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되어 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 기구와, 상기 출력축의 길이 방향으로 배치되어 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함한 검출기부를 구비한다.

또한, 실시 형태에 관한 액추에이터는, 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되어 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 수단과, 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 구동 수단과, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출 수단과, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출 수단을 포함하는 검출 수단을 구비한다.

우선, 제 1 실시 형태에 대해 설명한다.

액추에이터에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 또한, 제 1 실시 형태를 나타내는 직동 회전 액추에이터의 X방향은 연직 방향의 하향이 되도록 설치하고 있다.

고정자(1100)의 모터부(1100a)는, 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 모터 프레임(1101), θ 전기자 권선(1103), X 전기자 권선(1104)이 동심원 형상으로 설치되어 있다. 또한, 모터 프레임(1101)에는 θ 전기자 권선(1103)과 X 전기자 권선(1104)에 외부로부터 전력을 공급하기 위한 도시를 생략한 모터 단자가 설치되어 있다.

이와 같이, θ 전기자 권선(1103)과 X 전기자 권선(1104)을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써, 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있다고 생각된다.

가동자(1200)는, 출력축(1201), 계자부(1202)로 구성되어 있고, 출력축(1201)은 비자성체인 스텐레스 강철제로 부하측에서부터 반부하측까지 관통한 중공 구멍(1205)이 형성되어 있다. 출력축(1201)은, 그 부하측과 반부하측의 플랜지(1301a, 1301b)의 2개소에 설치된 볼 스플라인(1106a)에 의해 X방향으로 직동할 수 있도록 지지되어 있다. 또한, 출력축(1201)은, 출력축(1201)과 볼 스플라인(1106a)은 해당 스플라인(1106a)과 동일한 부위의 2개소에 설치된 베어링(1106b)에 의해 θ방향으로 회전할 수 있도록 지지되어 고정자(1100)에 대해 θ방향과 X방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 출력축(1201)의 반부하측은, 베어링(1106c)에 의해 지지되어 고정자(1100)에 대해 θ방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 출력축(1201)의 선단부에는 부하(도시 생략)가 배치되어, 부하를 θ방향과 X방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있게 되어 있다.

모터 프레임(1101)의 부하측 및 반부하측에는, 베어링(1106b)의 외륜이 모터 프레임(1101)의 내주면에 고정되고, 베어링(1106b)의 내륜은 슬리브(1109)를 거쳐서 베어링(1106b)과 동심 상에 볼 스플라인(1106a)이 배치되어 있다. 모터부(1100a)의 부하측 및 반부하측을 볼 스플라인(1106a)과 베어링(1106b)으로 구성된 베어링 유닛(1106)으로 X방향으로의 직동과 θ방향의 회전을 자유롭게 모두 할 수 있도록 유지함으로써 고 정밀도로 직동 회전 지지가 가능하다고 생각된다.

또한, 볼 스플라인(1106a)과 베어링(1106b)의 구성에 있어서, 베어링(1106b)의 내륜은 슬리브(1109)를 거쳐서 베어링(1106b)과 동심 상에 볼 스플라인(1106a)이 배치된 구성에 대해 설명하였다. 그 밖의 예로는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 베어링(1106b)의 내륜에 플랜지(1301a)(1301b)에 고정되고, 베어링(1106b)의 외륜이 슬리브(1109)를 거쳐서 볼 스플라인(1106a)과 연결된다. 이러한 구성으로 함으로써, 출력축(1201)은, 부하측 및 반부하측을 볼 스플라인(1106a)과 베어링(1106b)으로 구성된 베어링 유닛(1106)으로 X방향으로의 직동과 θ방향의 회전을 자유롭게 모두 할 수 있도록 유지함으로써 고정밀도로 직동 회전 지지가 가능하다고 생각된다.

출력축(1201)의 반부하측은 베어링(1106c)에 의해 지지되고, 베어링(1106c)의 외륜은 브래킷(1110)에 유지되어 아암(1111)의 일단부가 구비되어 있다. 아암(1111)은 플랜지(1301b)의 개구부(1302)를 통해 모터 프레임(1101)의 외면에 구비된 리니어 가이드(1112)에 장착되고, 아암(1111)에는 리니어 스케일(1401)이 장착되어 있다. 상기 리니어 스케일(1401)에 대향하도록 리니어 센서(1402)가 배치되어 출력축(1201)의 X방향의 직동 동작을 검출하고 있다.

이와 같이, 출력축(1201)은, 부하측 및 반부하측의 볼 스플라인(1106a)에 의해 지지되는 동시에, 베어링(1106c)을 통해 연결된 아암(1111)이 리니어 가이드(1112)에 의해 지지됨으로써 지지 강성이 높아지기 때문에 고정밀도로 직동 지지가 가능하다고 생각된다. 또한, 아암(1111)에 장착된 리니어 스케일(1401)도 리니어 가이드(1112)로 지지되고, 아암(1111)이 베어링(1106c)의 외륜에 유지되어 있다. 따라서, 리니어 센서(1402)와의 광로 길이가 베어링(1106c)의 래디얼 간격 및 리니어 가이드(1112)의 액시얼 간격이 평균화된 간격 변동으로 되어, 수 ㎛의 간격 변동으로 억제할 수 있어, 리니어 센서(1402)는 간격 변동에 따른 검출 오차를 경감할 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축(1201)의 반부하측의 볼 스플라인(1106a)에는 칼라(1403)가 장착되고, 베어링(1106b)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 칼라(1403)의 원통면에는 링 형상의 영구 자석(1404a)이 장착되어 있다. 영구 자석(1404a)에 공극을 통해 대향하도록 원주에 균등 배치된 4개의 MR 소자나 홀 소자 등의 자기 검출 소자(1404b)가 배치되어 자기식 인코더(1404)가 구성되어 있다.

이와 같이, 영구 자석(1404a)은, 출력축(1201)의 부하측 및 반부하측의 베어링(1106b)으로 회전 가능하게 지지되어 있고, 베어링(1106b)의 래디얼 간격이 평균화된 간격 변동으로 되어, 수 ㎛의 자기적 갭의 변동이라고 생각되기 때문에, 자기식 인코더의 검출 오차를 경감할 수 있다고 생각된다.

도 3은 가동자의 계자부를 측면에서 본 단면도와 X방향에서 본 단면도이다. 또한, X방향에서 본 단면도는, 측면에서 본 단면도의 A, B부에서의 단면도로 되어 있다. 또한, 도면 중의 화살표(→)는 영구 자석의 자화 방향을 나타내고 있으며, 극성은 S→N으로 되어 있다.

계자부(1202)는, 원통 형상의 계자 요크(1203)의 외주에 복수의 블록 형상의 영구 자석(이하, 블록 자석이라고 함)(1204a, 1204b)이 설치되어 있다. 또한, 블록 자석(1204a)은 외주측 N극, 내주측 S극에 자화되어 있고, 블록 자석(1204b)은 그 반대로 자화되어 있다. 블록 자석(1204a, 1204b)은 공극을 통해 X 전기자 권선(1104)과 대향하고 있다.

도 4는, 도 3에서의 전기자 권선과 영구 자석의 배치 관계를 도시한 전개도이다.

블록 자석(1204a)과 블록 자석(1204b)은 각 6개로 구성되어 있다. 블록 자석(1204a)은 θ방향으로 2λ(λ는 θ방향 극 피치=전기각 180°)마다 배치되고, 동일하게 블록 자석(1204b)도 θ방향으로 2λ마다 배치되어 있다. 또한, 블록 자석(1204a)과 블록 자석(1204b)은 θ방향으로 λ, X방향으로 γ(γ는 X방향 극 피치=전기각 180°)만큼 어긋나게 배치되어 있다. 따라서, 계자의 자극수는 θ방향이 12극, X방향이 2극으로 되어 있다.

θ 전기자 권선(1103)과 X 전기자 권선(1104)은, 블록 자석(1204a, 1204b)과 공극을 거쳐서 굵은 선으로 모의적으로 나타낸 바와 같은 배치로 되어 있다. θ 전기자 권선(1103)은, 코일 엔드부가 원호 형상의 형태를 한 집중 권취 코일(이하, 배럴형 코일(1103a)이라 함)이 U, V, W상 각각 3개씩 총 12개로 구성되어 있다. 배럴형 코일(1103a)이 θ방향으로 배치되는 간격은 λ×4/3(전기각 240°)이다. 동상끼리의 배럴형 코일(1103a)의 간격은 전기각 720°로 되어 있기 때문에, 3개의 동상의 배럴형 코일(1103a)은 전류의 방향이 3개 모두 동일한 방향이 되도록 선이 연결되어 있다. 한편, X 전기자 권선(1104)은, 원통 형상으로 집중 권취된 링형 코일(1104a)이 U, V, W상 각각 4 개씩 총 12개로 구성되어 있다. 링형 코일(1104a)의 X방향으로 배치되는 간격은 γ/3(전기각 60°)이며, X 전기자 권선(1104)의 X방향 전체의 길이는 4γ(=γ／3×12개)이다. 동상끼리의 링형 코일(1104a)의 간격은 γ(전기각 180°)로 되어 있기 때문에, 4개의 동상의 링형 코일(1104a)은 전류의 방향이 정, 역, 정, 역이 되도록 선이 연결되어 있다.

이와 같이 구성된 액추에이터는, θ 전기자 권선(1103)에 전류를 흘림으로써 블록 자석(1204a, 1204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(1200)에 토크를 발생한다. 또한, X 전기자 권선(1104)에 전류를 흘림으로써 블록 자석(1204a, 1204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(1200)에 추진력이 발생한다. 도 4는, θ 전기자 권선(1103)이나 X 전기자 권선(1104)에 각각 U상이 최대가 되는 위상에서 전류를 흐르게 한 도이며, 도시한 화살표 방향으로 전류가 흐름으로써, 로렌츠력이 발생하여 가동자(1200)는 θ+ 방향에 토크, X+ 방향에 추진력을 발생한다. 이와 같이 하여 가동자(1200)에 직접 토크와 추진력을 발생시켜 회전 동작과 직동 동작을 행하고 있다.

출력축(1201)은 비자성체인 스텐레스 강철제로 구성됨으로써 출력축(1201)은 자속을 통하게 하지 않기 때문에, 검출기부(1100b)로의 계자부(1202)의 누설 자속을 저감할 수 있어, 계자부(1202)의 누설 자속에 의해 발생했던 검출기부(1100b)의 검출 오차를 저감할 수 있다고 생각된다.

중공 구멍(1205)을 형성함으로써, 중공 구멍(1205)에 공기(냉매)를 통하게 할 수 있어 출력축(1201)을 냉각할 수 있다. 출력축(1201)은, 모터부(1100a)로부터 발생한 열에 의해 열팽창하므로, 출력축(1201)을 냉각할 수 있음으로 인해 출력축(1201)의 직동 방향의 열변형을 감소할 수 있어, 출력축(1201)의 직동 방향의 위치 오차를 저감할 수 있다고 생각된다. 또한, 중공 구멍(1205)을 진공으로 할 수 있어 출력축(1201)의 부하측 선단부에 부품을 흡착할 수 있다. 또한, 이음쇠(1207)를 통해 중공 구멍(1205)을 압공으로 할 수 있어, 출력축(1201)의 부하측 선단부로부터 부품을 탈착할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 2 실시 형태에 대해 설명한다.

제 2 실시 형태를 도시하는 액추에이터에 대해 도 5를 이용하여 설명한다.

고정자(1100)의 모터부(1100a)는, 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 모터 프레임(1101), θ 전기자 권선(1103), X 전기자 권선(1104)이 동심원 형상으로 설치되어 있다. 또한, 모터 프레임(1101)에는 θ 전기자 권선(1103)과 X 전기자 권선(1104)에 외부로부터 전력을 공급하기 위한 도시를 생략한 모터 단자가 설치되어 있다.

가동자(1200)는, 출력축(1201), 계자부(1202)로 구성되어 있고, 계자부(1202)는, X 계자부(1202a)와 θ 계자부(1202b)가 동심원 형상으로 길이 방향에 늘어서게 배치되어 있다. X 계자부(1202a)는 출력축(1201)에 장착되고, θ 계자부는 출력축(1201)의 부하측의 볼 스플라인(1106a)에 장착된 칼라(1405)에 장착되어 있다. 출력축(1201)은 비자성체인 스텐레스 강철제로 부하측으로부터 반부하측까지 관통한 중공 구멍(1205)이 형성되어 있다. 출력축(1201)은, 그 부하측과 반부하측의 플랜지(1301a, 1301b)의 2개소에 설치된 볼 스플라인(1106a)에 의해 X방향으로 직동할 수 있도록 지지되고, 출력축(1201)과 볼 스플라인(1106a)은 해당 볼 스플라인(1106a)과 동일한 부위의 2개소에 설치된 베어링(1106b)에 의해 θ방향으로 회전할 수 있도록 지지되어, 고정자(1100)에 대해 θ방향과 X방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 출력축(1201)의 반부하측은, 베어링(1106c)에 의해 지지되어, 고정자(1100)에 대해 θ방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 출력축(1201)의 선단부에는 부하(도시 생략)가 배치되어 부하를 θ방향과 X방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

이와 같이, 모터부(1100a)를 구성함으로써, X 전기자 권선(1104)과 X 계자부(1202a)의 공극, 및 θ 전기자 권선(1103)과 θ 계자부(1202b)의 공극은 근접함으로써 자기적 갭 길이가 짧아져 출력을 크게 할 수 있다. 다소 액추에이터의 길이 방향의 길이가 길어지지만, 액추에이터의 출력이 커지기 때문에 단위 체적당 출력을 많게 할 수가 있다고 생각된다.

그 밖의 출력축의 지지 기구 및 검출기의 구성은 제 1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

이러한 구성으로 함으로써, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있는 동시에, 복수 개의 지지 기구에 의해 출력축이 고강성으로 지지되기 때문에, 검출부에 있어서 공극의 변동에 수반되는 검출 오차 등의 문제를 해결할 수 있다고 생각된다.

또한, 실시 형태에 있어서, X방향의 직동의 변위의 검출에 광학식의 리니어 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 자기적 변화를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋다. 또한, θ방향의 회전 각도의 검출에 자기식의 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 빛의 반사(또는 투과)를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋은 것은 물론이다.

또한, 원활한 지지 기구로서 볼 스플라인이나 볼 베어링을 이용하여 설명했지만, 이것을 일체로 한 로타리 볼 스플라인이어도 좋다. 또한, 필요한 지지부의 정밀도에 따라 바꾸는 것이 가능하며, 미끄럼 베어링이나 유체 베어링 등을 이용해도 좋다.

또한, 본 실시의 형태에서 설명한 액추에이터는, 도 1 및 도 5의 X방향을 중력 방향이 되도록 출력축이 향하게 배치되는 경우가 많다. 이러한 경우, 모터부(1100a)로의 통전을 끊으면, 가동자(1200)의 자중에 의해 출력축은 중력 방향으로 낙하하는 경우가 있다. 이에 반해, 프레임(1101)에 유지된 반부하측의 베어링(1106b)의 브래킷과 베어링(1106c)의 유지기(1110) 간에 복원력을 발생하는 탄성 기구, 예를 들어 코일 스프링 등을 삽입하거나, 또는, X전기 코일(1103)에 X 계자부(1202)와의 사이에 자기 회로를 구성하는 고정자 코어를 구성함으로써, X 계자부(1202)와의 사이에 발생하는 자기 흡인력에 의해 가동자(1200)를 유지하는 것을 생각할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서 설명한 액추에이터는, 폭 방향을 좁게 하면서 직동 방향, 회전 방향의 동작을 실현하는 것으로, 폭 방향 또는 깊이 방향으로 복수 개 연결하여 사용하는 용도에 적합하다고 생각된다. 그때에는, 직동 방향의 위치를 검출하는 리니어 스케일(1401) 및 리니어 센서(1402)가 전방면에 위치하도록, 복수 개의 액추에이터가 폭 방향 또는 깊이 방향으로 연결되는 구성이 된다고 생각된다. 그러한 위치 관계에서 복수 개의 액추에이터가 폭 방향 또는 깊이 방향으로 연결됨으로써, 출력축(1201)의 폭 방향의 간격을 좁게 하는 것이 가능해진다고 생각할 수 있다.

다음으로, 제 3 실시 형태에 대해 설명한다.

도 6은 제 3 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 액추에이터에 대해 도 6을 이용하여 설명한다.

도 6에서, 제 3 실시 형태를 도시하는 직동 회전을 수행하는 액추에이터는 회전 구동부(2200)와 직동 구동부(2300)로 구성되어 있고, 각각의 구동부는 모터 프레임(2101)의 내부에 중앙에 중간 프레임(2102)을 거쳐서 도면 중의 좌우 방향으로 병렬로 배치되어 있다. 여기서, 회전 구동부와 직동 구동부는 도시하지 않는 동일한 케이스에 격납되는 구성으로 되어 있다.

또한, 액추에이터는 도시한 X방향이 연직 방향의 하향이 되도록, θ방향이 회전 방향이 되도록 설치되어 있다.

우선, 회전 구동부(2200)는 부하 측에 θ축 모터부(2202)가 배치되고, 반부하측에 출력축(2201)의 회전 방향의 변위를 검출하는 회전 검출기부(2208)와 출력축(2201)의 직동 방향의 변위를 검출하는 직동 검출기부(2209)가 배치되어 있다.

θ축 모터부(2202)는 회전 방향으로 회전 자계를 발생하는 동시에 고정자(2200b)를 구성하는 θ 전기자 권선(2206)과, θ 전기자 권선(2206)과 자기적 공극을 거쳐서 동심원 형상으로 대향 배치되는 동시에 가동자(2200a)를 구성하는 영구 자석(2205)으로 이루어지는 계자부(2203)가 설치되어 있다.

θ축 모터부(2202)의 부하측과 반부하측에는, 1개의 볼 스플라인(2207a)과 각 2개의 베어링(2207b)으로 구성된 θX 베어링부(2207)가 각각 배치되어 있다. 이 부하측과 반부하측의 볼 스플라인(2207a) 간에 칼라(2204)를 장착하고, 칼라(2204)의 외주에 θ축 모터부(2202)를 고정하고 있으며, 이 상태하에서 출력축(2201)을 θX 베어링부(2207)에 의해 길이 방향을 향해 직동하도록 지지한다. 또한, θ축 모터부(2202)를 구성하는 계자부(2203)는, 칼라(2204)를 통해 볼 스플라인(2207a)의 외주에 고정한 베어링(2207b)에 의해 지름 방향으로 회전하도록 지지하는 구성으로 되어 있다.

또한, 회전 검출기부(2208)는, θ축 모터부(2202)의 반부하측에 위치하는 θX 베어링부(2207)의 근방(도면에서, 회전 구동부의 반부하측)에 설치되고, 칼라(2204)의 외주에 고정된 θ 인코더(2208a)와, 모터 프레임(2101)에 고정된 회전 센서 헤드(2208b)로 구성되어 있다.

또한, 직동 검출기부(2209)는 출력축(2201)에 베어링(2207c)을 통해 회전 가능하게 축 지지된 중공 원통 부재(2211)에 장착된 리니어 스케일(2209a)과, 모터 프레임(2101)의 내측에 고정된 리니어 센서 헤드(2302)로 구성되어 있다.

또한, 모터 프레임(2101)에는 θ 전자기 코일(2206)과 X전기자 권선(2306)에 외부 전력을 공급하기 위한 도시를 생략한 모터 단자가 설치된다. 또한, 모터 프레임(2101)에는, 동일하게 모터 프레임(2101)에 직동 검출기부(2209)와 회전 검출기부(2208)에 외부 전력을 공급하면서 위치(X)와 각도(θ)의 검출 신호를 출력하는 도시를 생략한 검출기 단자가 설치되어 있다.

또한, 출력축(2201)은 비자성체인 스텐레스 강철제로 되어 있다.

다음으로, 직동 구동부(2300)는 기본적으로 X축 모터부(2302)와 해당 X축 모터부(2302)의 양단부에 설치되어 출력축(2301)을 축 지지하는 볼 스플라인(2307)이 배치되어 있다.

X축 모터부(2302)는 직동 방향으로 진행 자계를 발생하는 동시에 고정자(2300b)를 구성하는 X 전기자 권선(2306)과, X 전기자 권선(2306)과 자기적 공극을 거쳐서 동심원 형상으로 대향 배치되는 동시에 가동자(2300a)를 구성하는 출력축(2301)에 장착된 영구 자석으로 이루어지는 계자부(2303)가 설치되어 있다.

이와 같이 X축 모터부(2302)의 부하측과 반부하측에는, 볼 스플라인(2307a)이 각각 배치되어 있고, X축 모터부(2302)가 배치된 출력축(2301)을 볼 스플라인(2307a)으로 양쪽 모두 지지하면서 직동 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 구성으로 되어 있다.

또한, 회전 구동부(2200)에 설치된 출력축(2201)의 부하측 및 반부하측은, 각각 출력축(2201)의 외측의 볼 스플라인(2207a)에 장착한 베어링(2207b)의 내륜에 의해 축 지지되어 있다. 출력축(2201)의 부하측에 축 지지된 베어링(2207c)의 외륜은 직동 구동부(2300)의 출력축(2201)의 부하측에 설치된 아암(2309)의 일단부와 접속되어 있다. 출력축(2201)의 반부하측에 축 지지된 베어링(2207c)의 외륜은 중공 원통 부재(2211)(스케일 홀더에 상당)에 유지되고, 중공 원통 부재(2211)의 단부는 직동 구동부(2300)의 출력축(2201)의 반부하측에 설치한 아암(2308)의 일단부와 접속되어 있다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이러한 구성에 있어서, 회전 구동부(2200)의 θ 전기자 권선(2206)에 전류를 공급함으로써 계자부(2203)의 영구 자석(2205)이 만드는 자계와의 작용으로 출력축(2201)에 토크를 발생한다. 또한, 직동 구동부(2300)의 X 전기자 권선(2306)에 전류를 공급함으로써, 계자부(2303)의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 출력축(2301)에 추진력을 발생한다.

한쪽의 회전 구동부(2200)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(2201)이 부하측과 반부하측에 설치한 θX 베어링의 볼 스플라인(2207a)의 외주에 베어링(2207b)의 내륜이 고정되어 있다. 이 때문에, 계자부(2205)를 구비한 출력축(2201)이 θ 전기자 권선(2206)에 대해 회전하고, 볼 스플라인(2207a)의 외측에 고정된 θ 인코더(2208a)가 동시에 회전한다. 이때, 출력축(2201)의 반부하측에 있어서의 베어링(2207c)의 외륜에 중공 원통 부재(2211)를 거쳐서 설치한 리니어 스케일(2209a)은 정지한 상태로 되어 있다. 그러나, 한쪽의 θ 인코더(2208a)에 대향해서 배치된 회전 센서 헤드(2208b)가 출력축(2201)의 θ방향의 회전 동작을 검출하고 있다.

다른 쪽의 직동 구동부(2300)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(2301)이 볼 스플라인(2307)의 내부를 축방향을 향해 직동하고, 출력축(2301)의 부하측, 반부하측에 아암(2308, 2309)을 통해 접속된 회전 구동부(2200)의 출력축(2201)이 회전 구동부(2200)의 θX 베어링의 볼 스플라인(2207a)의 내부를 직동한다. 이때, 직동 검출기부(2209)는 리니어 스케일(2209a)에 대향해서 배치된 리니어 센서 헤드(2209b)가 출력축(2201)의 X방향의 직동 동작을 검출하고 있다.

또한, 회전 구동부(2200) 및 직동 구동부(2300) 양쪽 모두에 전류를 공급하면, 출력축(2201)이 회전하는 동시에, 출력축(2301)이 직동하여 회전 검출 및 직동 검출을 고정밀도로 행할 수 있다고 생각된다.

따라서, 제 3 실시 형태에 관한 직동 회전을 수행하는 액추에이터는, 회전 구동부와 직동 구동부를 병렬로 배치한 점, 그리고, 직동 구동부의 출력축의 부하측과 반부하측을 볼 스플라인으로 지지하고, θ축 모터부의 부하측과 반부하측의 출력축을 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성된 θX 베어링부에 의해 지지하는 동시에, 직동 구동부의 출력축의 부하측과 반부하측의 단부에 설치한 아암을 회전 구동부의 출력축의 부하측과 반부하측의 단부와 각각 접속하는 구성으로 한 점에서, 액추에이터의 축방향 길이를 전체적으로 짧게 할 수 있다고 생각된다. 따라서, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있다고 생각되며, 소형화를 꾀할 수 있다고 생각된다.

θ 전기자 권선이나 X 전기자 권선에 각각 전류를 흐르게 하면, 회전 구동부와 직동 구동부에 각각 열이 발생한다. 회전 구동부와 직동 구동부마다 설치한 출력축은, 개별적으로 단축화되어 있기 때문에, 각각의 전기자 권선로부터 발생한 열에 의해 열팽창해도 그 열변형을 최소한으로 억제할 수 있어, 출력축의 직동 방향의 위치 오차 및 회전 방향의 각도 오차를 저감할 수 있다고 생각된다.

또한, θX 베어링부를 각 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성하는 동시에, θX 베어링부를 출력축의 부하측에 배치된 θ 모터부와 회전 검출기부의 양측에 배치함으로써, 회전 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 따라서, 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있다. 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있기 때문에, 출력축에 배치된 직동 검출기의 리니어 스케일의 진직도와 회전 검출기의 θ 인코더의 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있어, 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, 특히 출력축의 부하측의 볼 스플라인에는 칼라가 장착되고, 칼라의 원통면에 영구 자석이 장착되며, 영구 자석에 공극을 거쳐서 대향하도록 원주에 균등 배치된 4개의 MR 소자나 홀 소자 등의 자기 검출 소자가 배치되어, 이른바 자기식 인코더가 구성되어 있다. 이와 같이, 영구 자석은, 출력축의 부하측 및 반부하측의 베어링으로 회전 가능하게 지지되어 있으며, 베어링의 래디얼 간격이 평균화된 간격 변동으로 되어, 수 ㎛의 자기적 갭의 변동이라고 생각되므로, 자기식 인코더의 검출 오차를 경감할 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축은 비자성체인 스텐레스 강철제로 구성되어 출력축은 자속을 통하게 하지 않는다. 계자부의 누설 자속에 의한 자력선은, 출력축을 통해 검출기부로 이어지는 자력선이 있다고 생각된다. 출력축은 자속을 통하지 않기 때문에, 검출기부로의 계자부의 누설 자속을 저감할 수 있어, 계자부의 누설 자속에 의해 발생했던 검출기부의 검출 오차를 저감할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 4 실시 형태에 대해 설명한다.

도 7은 제 4 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 또한, 제 4 실시 형태의 구성 요소가 제 3 실시 형태와 동일한 것에 대해서는 설명을 생략한다.

제 4 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터가 제 3 실시 형태와 다른 점은 이하와 같다.

즉, 제 4 실시 형태에 나타내는 액추에이터의 검출기부는, 기본적으로 제 3 실시 형태의 직동 검출기부와 회전 검출기부의 기능을 일체화한 직동 회전 검출기부(2210)를 구성하고 있는 점이다. 이른바 직동 회전 검출기부(2210)는, 회전 구동부의 부하측과 반부하측의 지지 기구[볼 스플라인(2207a) 및 베어링(2207b)]의 사이에 설치된다. 또한, 직동 회전 검출기부(2210)는, 출력축(2201)의 외주에 고정된 원통 형상의 직동 회전 스케일(2210a)과, 모터 프레임(2101)의 내주에 고정된 직동 회전 센서 헤드(2210b)로 구성되어, 직동 방향 및 회전 방향의 변위를 검출하도록 되어 있다.

또한, 회전 구동부(2200)에 있어서, θ축 모터부(2203)의 θ 계자부(2205)는, 출력축(2201)의 반부하측의 볼 스플라인(2207a)에 설치한 칼라(2204)의 외측에 장착되어 있다. 또한, θ축 모터부(2203)의 θ 계자부(2205)는, 다른 쪽의 θ 전기자 권선(2206)이 θ 계자부(2205)와 동심원 형상이 되도록 모터 프레임(2101)에 장착되어 있다.

또한, 제 4 실시 형태의 직동 구동부(2300)의 구성에 대해서는 기본적으로 제 3 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이러한 구성에 있어서, 회전 구동부(2200)의 θ 전기자 권선(2206)에 전류를 공급함으로써 계자부(2203)의 영구 자석(2205)이 만드는 자계와의 작용으로 출력축(2201)에 토크를 발생하고, 직동 구동부(2300)의 X 전기자 권선(2306)에 전류를 공급함으로써 계자부(2303)의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 출력축(2301)에 추진력을 발생한다.

한쪽의 회전 구동부(2200)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(2201)이 부하측과 반부하측에 있어서의 θX 베어링의 볼 스플라인(2207a)에 설치한 베어링(2207b)에 의해 지름 방향으로 지지되어 있기 때문에, 계자부(2205)를 구비한 출력축(2201)이 θ 전기자 권선(2206)에 대해 회전한다. 이때, 출력축(2201)에 고정된 직동 회전 검출기부(2210)의 직동 회전 스케일(2210a)이 동시에 회전하고, 직동 회전 스케일(2210a)에 대향해서 배치된 직동 회전 센서 헤드(2210b)가 출력축(2201)의 θ방향의 회전 동작을 검출한다.

또한, 다른 쪽의 직동 구동부(2300)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(2301)이 볼 스플라인(2307)의 내부를 축방향을 향해 직동한다. 또한, 출력축(2301)의 부하측, 반부하측에 아암(2308, 2309)을 통해 접속된 회전 구동부(2200)의 출력축(2201)이 회전 구동부(2200)의 θX 베어링의 볼 스플라인(2207a)의 내부를 직동한다. 이때, 직동 검출기부(2209)는 리니어 스케일(2209a)에 대향해서 배치된 리니어 센서 헤드(2209b)가 출력축(2201)의 X방향의 직동 동작을 검출하고 있다.

또한, 회전 구동부(2200) 및 직동 구동부(2300)의 양쪽 모두에 전류를 공급하면, 출력축(2201)이 회전하는 동시에 출력축(2301)이 직동하여, 회전 검출 및 직동 검출을 고정밀도로 실시할 수 있다고 생각된다.

따라서, 제 4 실시 형태는, 출력축의 부하측과 반부하측의 사이에서 출력축의 외주에 고정된 원통 형상의 직동 회전 스케일과, 제 1 프레임의 내주에 고정된 직동 회전 센서 헤드로 이루어지는 직동 회전 검출기부를 설치하여, 직동 검출기부와 회전 검출기부의 기능을 일체화함으로써 제 3 실시 형태에 비해 한층 더 부품 점수를 줄여 소형화를 꾀할 수 있다고 생각된다. 또한, 더욱 소형화함으로써 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 그 결과, 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있기 때문에, 간단한 구성으로 출력축의 직동 방향 및 회전 방향의 변위를 용이하게 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, θ축 모터의 계자부가 출력축의 반부하측의 볼 스플라인에 설치한 칼라의 외측에 장착한 구성으로 되어 있기 때문에, θ 전기자 권선과 θ 계자부의 공극이 근접함으로써 자기적 갭 길이가 짧아지므로 출력을 크게 할 수 있다고 생각된다. θ축 모터의 길이 방향의 길이는 짧아져 소형화를 꾀할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 5 실시 형태에 대해 설명한다.

도 8은 제 5 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 또한, 제 5 실시 형태의 구성 요소가 제 3 실시 형태와 동일한 것에 대해서는 설명을 생략한다.

제 5 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터가 제 4 실시 형태와 다른 점은 이하와 같다.

즉, 제 5 실시 형태에 나타내는 액추에이터의 검출기부는, 기본적으로 회전 검출기부(2208)와 직동 검출기부(2209)를 개별적으로 구성하고 있다. 그 중, 회전 검출기부(2208)를 구성하는 θ 인코더(2208a)는, 출력축(2201)의 부하측의 볼 스플라인(2207a)에 설치한 칼라(2212)의 외측에 장착되어 있고, 다른 쪽의 회전 센서 헤드(2208b)가 모터 프레임(2101)에 장착되어 회전 방향의 변위를 검출하도록 되어 있다. 또한, 직동 검출기부(2209)를 구성하는 원통 형상의 리니어 스케일(2209a)은 출력축(2201)의 부하측과 반부하측의 사이에 고정되어 있고, 다른 쪽의 리니어 센서 헤드(2209b)가 모터 프레임(2101)에 장착되어 있다.

또한, 회전 구동부(2200)에 있어서, θ축 모터부(2203)의 θ 계자부(2205)는, 출력축(2201)의 반부하측의 볼 스플라인(2207a)에 설치한 칼라(2204)의 외측에 장착되어 있고, 다른 쪽의 θ 전기자 권선(2206)은 θ 계자부(2205)와 동심원 형상이 되도록 모터 프레임(2101)에 장착되어 있다.

또한, 제 5 실시 형태의 직동 구동부(2300)의 구성에 대해서는 기본적으로 제 4 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한, 제 5 실시 형태의 동작에 대해서는 기본적으로 제 4 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

따라서, 제 5 실시 형태는, 회전 검출기부를 구성하는 θ 인코더를 출력축의 부하측의 볼 스플라인에 설치한 칼라에 부착하여, 회전 센서 헤드를 모터 프레임에 설치한 구성, 그리고, 직동 검출기부를 구성하는 리니어 스케일을 출력축의 부하측과 반부하측의 사이에 고정하여 리니어 센서 헤드를 모터 프레임에 설치한 구성으로 하였다. 이로 인해, 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다고 생각된다. 그 결과, 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있기 때문에, 간단한 구성으로 출력축의 직동 방향 및 회전 방향의 변위를 용이하게 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, θ축 모터의 계자부가 출력축의 반부하측의 볼 스플라인에 설치한 칼라의 외측에 장착하고, θ 전기자 권선을 θ 계자부와 동심원 형상이 되도록 모터 프레임에 장착한 구성으로 하고 있다. 따라서, θ 전기자 권선과 θ 계자부의 공극이 근접함으로써 자기적 갭 길이가 짧아지기 때문에 출력을 크게 할 수 있다고 생각된다. 또한, θ축 모터의 길이 방향의 길이가 짧아져 소형화를 꾀할 수 있다고 생각된다.

또한, 본 실시 형태에서, X방향의 직동의 변위 검출에 광학식의 리니어 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 자기적 변화를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋다. 또한, θ방향의 회전 각도의 검출에 자기식의 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 빛의 반사(또는 투과)를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋은 것은 당연하다.

또한, 원활한 지지 기구로서 볼 스플라인이나 볼 베어링을 이용하여 설명했지만, 이것을 일체로 한 로터리 볼 스플라인이어도 좋다. 또한, 필요한 지지부의 정밀도에 따라 바꾸는 것은 가능하며, 미끄럼 베어링이나 유체 베어링 등을 이용해도 좋다.

다음으로, 제 6 실시 형태에 대해 설명한다.

도 9는 제 6 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 액추에이터에 대해 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9에서, 제 6 실시 형태의 직동 회전을 수행하는 액추에이터는 고정자(3100)와 가동자(3200)로 구성되어 있고, 액추에이터의 고정자(3100), 가동자(3200)에는, 출력축(3201)의 부하측에 검출기부(3100b)가, 반부하측에 모터부(3100a)가 각각 배치되어 있다. 또한, 제 6 실시 형태 및 후술하는 다른 실시 형태에서 나타내는 액추에이터는 도시한 X방향이 연직 방향의 하향이 되도록, θ방향이 회전 방향이 되게 설치되어 있다.

모터부(3100a)는, 고정자(3100)측에 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 제 2 프레임(3102), 회전 방향으로 회전 자계를 발생하는 θ 전기자 권선(3103), 직동 방향으로 진행 자계를 발생하는 X 전기자 권선(3104)이 동심원 형상으로 중첩되어 설치되어 있다. 제 2 프레임(3102)에는 θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)에 외부 전력을 공급하기 위한 도시하지 않은 모터 단자가 설치되어 있다. 한편, 모터부(3100a)의 가동자(3200)측에는, X 전기자 권선(3104)의 내측과 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치된 계자부(3202)가 출력축(3201)에 설치되어 있다. 출력축(3201)은 비자성체인 스텐레스 강철로 되어 있다.

이와 같이, 모터부(3100a)는, θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있다고 생각된다.

또한, 검출기부(3100b)는 출력축(3201)의 직동 방향의 변위를 검출하는 직동 검출기부(3300)와 출력축(3201)의 회전 방향의 변위를 검출하는 회전 검출기부(3400)로 구성되어 있다.

직동 검출기부(3300)는 출력축(3201)의 외주에 고정된 원통 형상으로 광학식의 리니어 스케일(3301)과 제 1 프레임(3101)의 내주에 고정된 광학식의 리니어 센서 헤드(3302)로 구성되어 있다. 회전 검출기부(3400)는 후술하는 θX 베어링부(3106)의 볼 스플라인(3106a)에 칼라(3403)를 통해 고정된 θ 인코더(3401)와, 제 1 프레임(3101)에 고정된 회전 센서 헤드(3402)가 배치되어 있다. 상기 회전 검출기(3400)를 구성하는 θ 인코더(3401)에는 영구 자석이 이용되고, 회전 센서 헤드(3402)에는 해당 영구 자석에 공극을 거쳐서 대향하도록 제 1 프레임(3101) 내측에 원주에 균등 배치된 4개의 MR 소자나 홀 소자 등의 자기 검출 소자가 이용되어 이른바 자기식 인코더를 구성하고 있다. 또한, 제 1 프레임(3101)에는 직동 검출기부(3300)와 회전 검출기부(3400)에 외부로부터 전력을 공급하면서 위치(X)와 각도(θ)의 검출 신호를 출력하는 도시하지 않은 검출기 단자가 설치되어 있다.

또한, 지지 기구는, 검출기부(3100b)가 배치된 제 1 프레임(3101)의 부하측에는 부하측 브래킷(3107), 반부하측에는 반부하측 브래킷(3108)이 배치되어 있다. 부하측 브래킷(3107)과 반부하측 브래킷(3108)에는, 각 1개의 볼 스플라인(3106a)과 각 2개의 베어링(3106b)으로 구성된 θX 베어링부(3106)가 각각 배치되어 있다. 모터부(3100a)가 배치된 제 2 프레임(3102)의 반부하측에는 엔드 브래킷(3109)이 설치되어 있고, 엔드 브래킷(3109)의 내주에는, 1개의 볼 스플라인(3106a)과 1개의 베어링(3106b)으로 구성된 θX 베어링부(3106)가 배치되어 있다.

이와 같이, 출력축(3201)의 부하측은, 제 1 프레임(3101)의 부하측 브래킷(3107)과 반부하측 브래킷(3108)의 2개소에 각각 설치된 θX 베어링부(3106)를 구성하는 볼 스플라인(3106a)에 의해 X방향으로 직동할 수 있도록 지지된다. 또한, 출력축(3201)과 볼 스플라인(3106a)은 해당 볼 스플라인(3106a)과 동일한 부위의 2개소에 설치된 베어링(3106b)에 의해 θ방향으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 이로 인해, 고정자(3100)에 있어서의 제 1 프레임(3101)의 부분에 대해 검출기부(3100b)를 배치한 출력축(3201)을 양쪽 모두 지지하는 동시에 θ방향의 회전과 X방향으로의 직동을 자유롭게 할 수 있게 되어 있다. 또한, 출력축(3201)의 부하측에 있어서의 θX 베어링부(3106)를 구성하는 볼 스플라인의 부위에 θ 인코더(3401)를 설치하였기 때문에, 검출기부를 구성하는 출력축(3201)의 부하측의 길이를 단축화할 수 있다. 또한, 출력축단(3201)의 선단부에는, 도시하지 않은 부하가 설치되어 있어, 부하(도시 생략)를 θ방향과 X방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축(3201)의 반부하측은, 제 1 프레임(3101)의 반부하측 브래킷(3108)과 제 2 프레임(3102)의 엔드 브래킷(3109)의 2개소에 각각 설치된 θX 베어링부(3106)를 구성하는 볼 스플라인(3106a)에 의해 X방향으로 직동할 수 있도록 지지되어 있다. 또한, 출력축(3201)과 볼 스플라인(3106a)은 해당 볼 스플라인(3106a)과 동일한 부위의 2개소에 설치된 베어링(3106b)에 의해 θ방향으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 이로 인해, 고정자(3100)에 있어서의 제 2 프레임(3102)의 부분에 대해 모터부(3100a)를 배치한 출력축(3201)을 양쪽 모두 지지하는 동시에 θ방향과 X방향으로 자유롭게 이동 가능하게 되어 있다.

도 10은 가동자의 계자부를 측면에서 본 단면도와 X방향에서 본 단면도이다. 또한, X방향에서 본 단면도는, 측면에서 본 단면도의 A, B부에서의 단면도로 되어 있다. 또한, 도면 중의 화살표(→)는 영구 자석의 자화 방향을 나타내고 있으며, 극성은 S→N으로 되어 있다.

계자부(3202)는, 원통 형상의 계자 요크(3203)의 외주에 복수의 블록 형상의 영구 자석(이하, 블록 자석이라고 함)(3204a, 3204b)이 설치되어 있다. 또한, 블록 자석(3204a)은 외주측 N극, 내주측 S극에 자화되어 있고, 블록 자석(3204b)은 그 반대로 자화되어 있다. 블록 자석(3204a, 3204b)은 공극을 거쳐서 X 전기자 권선(3104)과 대향하고 있다.

도 11은, 도 10에서의 전기자 권선과 영구 자석의 배치 관계를 도시한 전개도이다.

블록 자석(3204a)과 블록 자석(3204b)은 각 6개로 구성되어 있다. 블록 자석(3204a)은 θ방향으로 2λ(λ는 θ방향 극 피치=전기각 180°)마다 배치되고, 동일하게 블록 자석(3204b)도 θ방향으로 2λ마다 배치되어 있다. 또한, 블록 자석(3204a)과 블록 자석(3204b)은 θ방향으로 λ, X방향으로 γ(γ는 X방향 극 피치=전기각 180°)만큼 어긋나게 배치되어 있다. 따라서, 계자의 자극수는 θ방향이 12극, X방향이 2극으로 되어 있다.

θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)은, 블록 자석(3204a, 3204b)과 공극을 거쳐서 굵은 선으로 모의적으로 나타내 바와 같은 배치로 되어 있다. θ 전기자 권선(3103)은, 코일 엔드부가 원호 형상의 형태를 한 집중 권취의 코일[이하, 배럴형 코일(3103a)이라고 함]이 U, V, W상 각각 3개씩 총 12개로 구성되어 있다. 배럴형 코일(3103a)이 θ방향으로 배치되는 간격은 λ×4/3(전기각 240°)이다. 동상끼리의 배럴형 코일(3103a)의 간격은 전기각 720°로 되어 있기 때문에, 3개의 동상의 배럴형 코일(3103a)은 전류의 방향이 3개 모두 동일한 방향이 되도록 선이 연결되어 있다. 한편, X 전기자 권선(3104)은, 원통 형상으로 집중 권취된 링형 코일(3104a)이 U, V, W상 각각 4개씩 총 12개로 구성되어 있다. 링형 코일(3104a)의 X방향으로 배치되는 간격은 λ/3(전기각 60°)이며, X 전기자 권선(3104)의 X방향 전체의 길이는 4γ(=γ／3×12개)이다. 동상끼리의 링형 코일(3104a)의 간격은 γ(전기각 180°)로 되어 있기 때문에, 4개의 동상의 링형 코일(3104a)은 전류의 방향이 정, 역, 정, 역이 되도록 선이 연결되어 있다.

다음으로, 동작에 대해 설명한다. 이와 같이 구성된 액추에이터는, θ 전기자 권선(3103)에 전류를 흘림으로써 블록 자석(3204a, 3204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 토크를 발생하고, 또한, X 전기자 권선(3104)에 전류를 흘림으로써 블록 자석(3204a, 3204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 추진력이 발생한다. 도 11은, θ 전기자 권선(3103)이나 X 전기자 권선(3104)에 각각 U상이 최대가 되는 위상에서 전류를 흐르게 한 도이며, 도시한 화살표 방향으로 전류가 흐름으로써 로렌츠력이 발생하여, 가동자(3200)는 θ+ 방향으로 토크, X+ 방향으로 추진력을 발생한다. 이와 같이 하여, 가동자(3200)에 직접 토크와 추진력을 발생시켜 회전 동작과 직동 동작을 행하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제 6 실시 형태의 특징은, 부하측에 검출기부(3100b)를 배치하고, 반부하측에 모터부(3100a)를 배치한 구성, θX 베어링부(3106)를 각 1개의 볼 스플라인(3106a)과 각 2개의 베어링(3106b)으로 구성하는 동시에, θX 베어링부(3106)를 검출기부(3100b)의 양측에서 지지하고, 또한 모터부(3100a)의 양측에서 지지하도록, 제 1 프레임(3101)의 부하측 및 반부하측, 제 2 프레임(3102)의 반부하측에 θX 베어링부(3106)를 설치한 구성과, 출력축(3201)의 부하측의 볼 스플라인(3106a)에 칼라(3403)를 통해 장착된 θ 인코더(3401)와, 해당 θ 인코더(3401)에 공극을 거쳐서 대향하도록 제 1 프레임(3101)에 원주에 균등 배치된 회전 센서 헤드(3402)로 이루어지는 회전 검출기(3400)를 설치한 구성의 부분이다.

따라서, 제 6 실시 형태는, 모터부는, θ 전기자 권선과 X 전기자 권선을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있어 고출력의 액추에이터를 제공할 수 있다고 생각된다.

또한, θX 베어링부를 각 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성하는 동시에, θX 베어링부를 검출기부의 부하측과 반부하측의 양측에 배치함으로써, 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있다고 생각된다. 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있기 때문에, 출력축에 배치된 직동 검출기의 리니어 스케일의 진직도와 회전 검출기의 θ 인코더의 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있어, 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, 모터부의 반부하측에 엔드 브래킷을 배치하고, θX 베어링부를 거쳐서 출력축을 지지하는 구성으로 함으로써, θX 베어링부를 모터부의 부하측과 반부하측의 양측에 배치하는 구성과 등가가 되기 때문에, 계자부의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 나아가서는, 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정도를 향상할 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축의 부하측에 검출기부를 배치하고, 반부하측에 모터부를 배치한 구성 외에도, 출력축의 부하측에 있어서의 θX 베어링부를 구성하는 볼 스플라인의 부위에 θ 인코더를 설치하였기 때문에, 검출기부를 구성하는 출력축의 선단부에 설치되는 부하(도시 생략)와 검출기부의 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 예를 들면, θ 전기자 권선이나 X 전기자 권선에 각각 전류를 흐르게 한 경우, 모터부에 열이 발생하여 모터부 부분의 발생열로 출력축의 반부하측이 열팽창해도, 출력축의 부하측에 있어서의 부하(도시 생략)와 검출기부의 거리가 짧게 되어 있기 때문에, 출력축의 직동 방향의 열변형을 감소시켜 출력축의 직동 방향의 위치 오차를 저감할 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축의 부하측의 볼 스플라인의 부위에 설치한 영구 자석으로 이루어지는 θ 인코더와, 해당 θ 인코더와 공극을 거쳐서 설치한 MR 소자 등으로 이루어지는 자기 검출 소자로 구성되는 자기식 인코더를 배치함으로써, θ 인코더는, 출력축의 부하측 및 반부하측의 베어링으로 회전 가능하게 지지된다. 이로 인해, 베어링의 래디얼 간격은 평균화된 간격 변동으로 되어, 수 ㎛의 자기적 갭의 변동이라고 생각되며, 자기식 인코더의 검출 오차를 경감할 수 있다고 생각된다.

또한, 계자부의 조립에서는, 블록 자석은 자화되어 있으므로 취급에 주의가 필요하고, 출력축의 조립에서는, 직동 회전의 검출 정밀도에 영향을 주므로 리니어 스케일의 설치에는 주의가 필요하다. 출력축과 계자부로 분할하여 구성함으로써, 계자부의 조립과 출력축의 조립을 별도 공정으로 실시할 수 있어 조립 작업이 용이해진다.

또한, 출력축은 정밀하게 가공된 볼 스플라인 축으로 구성되어 있으므로, 출력축의 길이를 짧게 할 수 있음으로써 출력축을 저렴하게 할 수 있다.

또한, 출력축은 비자성체인 스텐레스 강철제로 구성됨으로써, 출력축은 자속을 통하게 하지 않는다. 계자부의 누설 자속에 의한 자력선은, 출력축을 통해 검출기부로 이어지는 자력선이 있다고 생각된다. 출력축은 자속을 통하지 않기 때문에, 검출기부로의 계자부의 누설 자속을 저감할 수 있어 계자부의 누설 자속에 의해 발생했던 검출기부의 검출 오차를 저감할 수 있다고 생각된다.

이상, 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 액추에이터는, 출력축의 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도의 검출 오차를 최소한으로 줄여 고정밀도로 검출할 수 있기 때문에, 고정밀의 회전 동작과 직동 동작을 1개의 액추에이터로 실현할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 7 실시 형태에 대해 설명한다.

도 12는 제 7 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 또한, 제 7 실시 형태의 구성 요소가 제 6 실시 형태와 동일한 것에 대해서는 설명을 생략한다.

제 7 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징에 대해 제 6 실시 형태와 다른 점을 이하와 같이 설명한다.

즉, 제 6 실시 형태의 검출기부가 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 직동 검출기부와, 출력축의 회전 방향의 변위를 검출하는 회전 검출기부로 구성되어 있는 것에 반해, 제 7 실시 형태의 검출기부는, 기본적으로 제 6 실시 형태의 직동 검출기부와 회전 검출기부의 기능을 일체화한 직동 회전 검출기부(3500)를 구성하고 있는 점에서 다르다. 이른바 직동 회전 검출기부(3500)는, 출력축(3201)의 외주에 고정된 원통 형상의 직동 회전 스케일(3501)과 제 1 프레임(3101)의 내주에 고정된 직동 회전 센서 헤드(3502)로 구성되어, 출력축(3201)의 직동 방향 및 회전 방향의 변위를 검출하도록 되어 있다.

또한, 제 1 프레임(3101)에는 직동 회전 검출기부(3500)에 외부로부터 전력을 공급하는 동시에 위치(X)와 각도(θ)의 검출 신호를 출력하는 도시하지 않은 검출기 단자가 설치되어 있다.

또한, 제 7 실시 형태의 가동자가 출력축, 검출기부, 모터부(b)로 구성되어 있고, 모터부의 θ 전기자 권선과 X 전기자 권선이 동심원 형상으로 길이 방향에 늘어서게 배치되어 있는 점, θX 베어링부가 검출기부의 부하측과 반부하측의 사이, 및 모터부의 부하측과 반부하측의 사이에서 출력축을 지지하는 구성에 대해서는 기본적으로 제 6 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한, 제 7 실시 형태의 동작에 대해서는 기본적으로 제 6 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

따라서, 제 7 실시 형태는, 액추에이터의 검출기부로서, 출력축의 외주에 고정된 원통 형상의 직동 회전 스케일과, 제 1 프레임의 내주에 고정된 직동 회전 센서 헤드로 이루어지는 직동 회전 검출기부를 설치하여, 직동 검출기부와 회전 검출기부의 기능을 일체화함으로써 제 6 실시 형태에 비해 한층 더 부품 점수를 줄여 소형화를 꾀할 수 있다. 또한, 더욱 소형화로 함으로써 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 그 결과, 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정도를 향상할 수 있기 때문에, 간단한 구성으로 출력축의 직동 방향 및 회전 방향의 변위를 용이하게 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 8 실시 형태에 대해 설명한다.

도 13은 제 8 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 또한, 제 8 실시 형태의 구성 요소가 제 6 실시 형태와 동일한 것에 대해서는 설명을 생략한다.

제 8 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징에 대해, 제 6 실시 형태와 다른 점을 이하와 같이 설명한다.

즉, 제 6 실시 형태의 모터부가 제 2 프레임의 내부에 θ 전기자 권선과 X 전기자 권선을 동심원 형상으로 중첩하여 배치한 전기자부와, 해당 전기자부와 대향 배치한 계자부로 이루어지는 구성에 대해, 제 8 실시 형태의 모터부(3100a)는, 기본적으로 θ 전기자 권선(3103)과 θ 계자부(3205)로 이루어지는 θ 모터부와, X 전기자 권선(3104)과 X 계자부(3207)로 이루어지는 X 모터부를, 제 2 프레임(3102)의 내부에 출력축(3201)의 길이 방향을 향해 직렬로 늘어서게 배치하도록 한 점에서 다르다. 특히 X 모터부의 X 계자부(3207)는 출력축(3201)에 장착되어 있고, θ 모터부의 θ 계자부(3205)는, 출력축(3201)의 반부하측 브래킷(3108)측에 위치하는 볼 스플라인(3106a)의 외주에 설치한 칼라(3206)에 장착되어 있으며, 다른 쪽의 θ 전기자 권선(3103)은, 제 2 프레임(3102)에 장착되어 있다.

또한, 제 8 실시 형태의 θX 베어링부가 검출기부의 부하측과 반부하측의 사이 및 모터부의 부하측과 반부하측의 사이에서 출력축을 지지하는 구성에 대해서는 기본적으로 제 6 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

또한, 제 8 실시 형태의 동작에 대해서는 기본적으로 제 6 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

따라서, 제 8 실시 형태는, θ 전기자 권선과 θ 계자부로 이루어지는 θ 모터부와, X 전기자 권선과 X 계자부로 이루어지는 X 모터부를, 동심원 형상으로 길이 방향에 직렬로 늘어서게 배치한다. 또한, 제 8 실시 형태는, X 모터부의 계자부가 출력축에 장착되고, θ 계자부가 출력축의 반부하측 브래킷 측에 위치하는 볼 스플라인에 설치한 칼라에 장착된 구성으로 되어 있다. 따라서, X 전기자 권선과 X 계자부의 공극, 및 θ 전기자 권선과 θ 계자부의 공극이 근접함으로써 자기적 갭 길이가 짧아지기 때문에 출력을 크게 할 수 있다. 다소 액추에이터의 길이 방향의 길이는 길어지지만, 액추에이터의 출력이 커지기 때문에 단위 체적당 출력을 많게 할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 9 실시 형태에 대해 설명한다.

도 14는 제 9 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다. 또한, 제 9 실시 형태의 구성 요소가 제 6 실시 형태 내지 제 8 실시 형태와 동일한 것에 대해서는 설명을 생략한다.

제 9 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징에 대해, 제 6 실시 형태 내지 제 8 실시 형태와 다른 점을 이하와 같이 설명한다.

즉, 제 6 실시 형태 내지 제 8 실시 형태에 나타내는 액추에이터의 고정자(3100), 가동자(3200)에 관해서, 출력축(3201)의 부하측에 직동 방향과 회전 방향의 변위를 검출하는 검출기부(3100b)가 배치되는 동시에 반부하측에 직동과 회전 구동용 모터부(3100a)가 각각 배치되는 구성이다. 이에 반해, 제 9 실시 형태는, 기본적으로 출력축(3201)의 부하측에 리니어 스케일(3301)과 리니어 센서 헤드(3302)로 이루어지는 직동 검출기부(3300)와, X 전기자 권선(3104)과 X 계자부(3207)로 이루어지는 X 모터부를 설치한다. 또한, 출력축(3201)의 반부하측에 θ 전기자 권선(3103)과 θ 계자부(3205)로 이루어지는 θ 모터부와, θ 인코더(3401)와 회전 센서 헤드(3402)로 이루어지는 회전 검출기부(3400)가 배치되는 구성이라는 점에서 다르다. 여기서, 출력축(3201)의 부하측에 배치되는 직동 검출기부(3300)와 X 모터부의 부위는, 그 양단이 θX 베어링부(3106)에 의해 지지되는 동시에, 출력축(3201)의 반부하측에 배치되는 θ 모터부와 회전 검출기부(3400)의 부위는, 그 양단이 θX 베어링부(3106)에 의해 지지되는 구성으로 되어 있다.

또한, 모터부의 배치에 대해서는, θ 전기자 권선과 X 전기자 권선이 동심원 형상으로 길이 방향에 늘어서게 배치되어 있는 점에서 제 9 실시 형태와 제 8 실시 형태의 구성은 동일하다. 그러나, 제 9 실시 형태는 제 8 실시 형태에 대해서, θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)이 제 2 프레임(3102)과 제 1 프레임(3101)의 사이에 설치되는 반부하측 브래킷(3108)의 양측에 설치되는 점에서 다르다.

또한, θ 모터부의 계자부의 배치에 대해서는, 제 8 실시 형태(도 13)가 출력축의 반부하측 브래킷 측에 위치하는 볼 스플라인의 외주에 설치한 칼라에 장착된 구성이다. 이에 반해, 제 9 실시 형태의 θ 모터부의 계자부는 출력축(201)의 반부하측 브래킷(3108) 측에 위치하는 볼 스플라인(3106a)의 외주와, 출력축(3201)의 엔드 브래킷(3109) 측에 위치하는 볼 스플라인(3106a)의 외주와의 사이에 설치한 칼라(3206)에 장착되어 있는 점에서 다르다.

또한, 회전 검출기부(3400)의 배치에 대해서는, 제 8 실시 형태(도 13)가 출력축의 부하측에 있어서의 볼 스플라인에 칼라를 통해 θ 인코더를 설치하고, 제 1 프레임에 회전 센서 헤드를 설치한 구성이다. 이에 반해, 제 9 실시 형태는 도 14에 도시하는 바와 같이, 회전 검출기부(3400)를 구성하는 θ 인코더(3401)를, 출력축(3201)의 반부하측에 설치한 칼라(3206)에 장착하고, 제 2 프레임(3102)에 회전 센서 헤드(3402)를 장착한 구성이라는 점에서 다르다.

또한, 제 9 실시 형태의 동작에 대해서는 기본적으로 제 6 실시 형태 내지 제 8 실시 형태와 동일하므로 설명을 생략한다.

따라서, 제 9 실시 형태는 θ 전기자 권선과 θ 계자부로 이루어지는 θ 모터부와, X 전기자 권선과 X 계자부로 이루어지는 X 모터부를, 동심원 형상으로 길이 방향에 직렬로 늘어서게 배치한다. 또한, 제 9 실시 형태는, X 모터부의 계자부가 출력축에 장착되고, θ 계자부가 출력축의 반부하측 브래킷 측에 위치하는 볼 스플라인의 외주와, 출력축의 엔드 브래킷 측에 위치하는 볼 스플라인의 외주와의 사이에 설치한 칼라에 장착한 구성으로 되어 있다. 따라서, X 전기자 권선과 X 계자부의 공극, 및 θ 전기자 권선과 θ 계자부의 공극이 근접함으로써 자기적 갭 길이가 짧아지기 때문에 출력을 크게 할 수 있다. 다소 액추에이터의 길이 방향의 길이는 길어지지만, 액추에이터의 출력이 커지기 때문에 단위 체적당 출력을 많게 할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 10 실시 형태에 대해 설명한다.

도 15는 제 10 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.

제 10 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징은 이하와 같다.

도 15에서, 제 10 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 고정자(3100), 가동자(3200)에는, 출력축(3201)의 부하측에 검출기부(3100b)가, 반부하 측에 모터부(3100a)가 각각 배치되어 있다.

모터부(3100a)는, 고정자(3100) 측에 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 제 2 프레임(3102), 회전 방향으로 회전 자계를 발생하는 θ 전기자 권선(3103), 직동 방향으로 진행 자계를 발생하는 X 전기자 권선(3104)이 동심원 형상으로 중첩되어 설치되어 있다. 제 2 프레임(3102)에는 θ 전자기 코일(3103)과 X 전기자 권선(3104)에 외부 전력을 공급하기 위한 도시하지 않은 모터 단자가 설치되어 있다. 한편, 모터부(3100a)의 가동자(3200) 측에는, X 전기자 권선(3104)의 내측과 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치된 계자부(3202)가 출력축(3201)에 설치되어 있다. 또한, 가동자의 계자부의 상세한 것에 대하여는 도 10과 동일하며, 전기자 권선과 영구 자석의 배치 관계의 상세한 것에 대해서는 도 11과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

또한, 검출기부(3100b)는 출력축(3201)의 직동 방향의 변위를 검출하는 직동 검출기부(3300)와, 출력축(3201)의 회전 방향의 변위를 검출하는 회전 검출기부(3400)가, 동심원 형상으로 개별적으로 중첩되어 배치되어 있어, 상기 구성의 점이 상술한 제 6 실시 형태 내지 제 9 실시 형태와 기본적으로 다른 부분으로 되어 있다.

상세하게 설명하면, 출력축(3201)의 외주에 베어링(3106b)이 설치되고, 제 1 프레임(3101)의 내주에 볼 스플라인(3106a)을 거쳐서 직동이 자유롭게 이동하는 중공 원통 부재(3210)(스케일 홀더에 상당)가 해당 베어링(3106b)의 외륜에 고정되어 설치되어 있다. 회전 검출기부(3400)는 출력축(3201)의 외주에 장착된 θ 인코더(3401)와 해당 θ 인코더(3401)와 대향하여 중공 원통 부재(3210)의 내주에 설치된 회전 센서 헤드(3402)로 구성되어 있다. 또한, 직동 검출기부(3300)는 중공 원통 부재(3210)의 외주에 설치된 광학식의 리니어 스케일(3301)과, 제 1 프레임(3101)의 내주에 장착된 광학식의 리니어 센서 헤드(3302)로 구성되어 있다.

또한, 지지 기구는, 상술한 바와 같이 검출기부(3100b)가 배치된 제 1 프레임(3101)의 양단부에 배치된 볼 스플라인(3106a)과, 볼 스플라인(3106a)의 내주에 중공 원통 부재(3210)를 거쳐서 배치된 베어링(3106b)으로 θX 베어링부(3106)를 구성하고 있다. 또한, 모터부(3100a)가 배치된 제 2 프레임(3102)의 반부하측에 위치하는 엔드 브래킷(3109)에 볼 스플라인(3106a)과 베어링(3106b)으로 θX 베어링부(3106)를 구성하고 있다. 즉, 검출기부(3100b)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 베어링(3106b)의 외륜은, 제 1 프레임(3101)의 내주의 볼 스플라인(3106a)을 따라 이동하는 중공 원통형 부재(3210)의 내주에 고정된다. 또한, 다른 쪽의 베어링(3106b)의 내륜은 출력축(3201)의 외주에 고정된 상태로, 중공 원통형 부재(3210)에 대해 출력축(3201)과 함께 회전하도록 되어 있다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이와 같이 구성된 액추에이터는, θ 전기자 권선(3103)에 전류를 흘림으로써 계자부의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 토크를 발생한다. 또한, X 전기자 권선(3104)에 전류를 흘림으로써 계자부의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 추진력이 발생하여, 회전 동작과 직동 동작을 실시할 수 있다.

한쪽의 θ 전기자 권선(3103)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(3201)이 검출기부(3100b)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 베어링(3106b)에 의해 지름 방향으로 지지된 상태에서 출력축(3201)과 대향하는 중공 원통형 부재(3210)에 대해 상대적으로 회전한다. 그때, 출력축(3201)의 외주에 고정된 θ 인코더(3401)가 동시에 회전하고, 해당 θ 인코더(3401)와 대향하여 중공 원통 부재(3210)의 내주에 설치된 회전 센서 헤드(3402)에 의해 출력축의 회전 위치가 검출된다.

또한, 다른 쪽의 X 전기자 권선(3104)에만 전류를 공급했을 때, 중공 원통형 부재(3210)가 검출기부(3100b)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 볼 스플라인(3106a)에 의해 축방향으로 지지된 상태에서 직동하고, 중공 원통형 부재(3210)에 지름 방향으로 지지된 출력축(3201)도 동시에 직동한다. 그때, 중공 원통형 부재(3210)의 외주에 설치한 리니어 스케일(3301)이 동시에 직동하여, 해당 리니어 스케일(3301)과 대향하여 제 1 프레임(3101)의 내주에 설치된 리니어 센서 헤드(3302)에 의해 출력축의 직동 위치가 검출된다.

또한, θ 전기자 권선(3103) 및 X 전기자 권선(3104)의 양쪽 모두에 전류를 공급하면, 출력축(3201)이 회전하는 동시에, 중공 원통형 부재(3210)가 직동하여, 회전 검출 및 직동 검출을 고정밀도로 행할 수 있다고 생각된다.

따라서, 제 10 실시 형태는, 모터부는, θ 전기자 권선과 X 전기자 권선을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있어 고출력의 액추에이터를 제공할 수 있다.

또한, θX 베어링부를 각 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성하고 또한 θX 베어링부를 검출기부의 양측에 배치하는 동시에, 검출기부를 구성하는 회전 검출기부와 직동 검출기부를 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써, 제 6 실시예 내지 제 9 실시예에 비해 더욱 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 따라서, 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 더욱 향상할 수 있다. 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 더욱 향상할 수 있기 때문에, 출력축에 배치된 직동 검출기의 리니어 스케일의 진직도와 회전 검출기의 θ 인코더의 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있어 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, 모터부의 반부하측에 엔드 브래킷을 배치하고, θX 베어링부를 거쳐서 출력축을 지지하는 배치로 함으로써, θX 베어링부를 모터부의 양측에 배치하는 구성과 등가가 되기 때문에 계자부의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 나아가서는, 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 11 실시 형태에 대해 설명한다.

도 16은 제 11 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.

제 11 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징은 이하와 같다.

도 16에서, 제 11 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 고정자(3100), 가동자(3200)에는, 출력축(3201)의 부하측에 모터부(3100a)가, 반부하측에 검출기부(3100b)가 각각 배치되어 있다.

모터부(3100a)는, 고정자(3100) 측에 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 제 1 프레임(3101), 회전 방향으로 회전 자계를 발생하는 θ 전기자 권선(3103), 직동 방향으로 진행 자계를 발생하는 X 전기자 권선(3104)이 동심원 형상으로 중첩되어 설치되어 있다. 제 1 프레임(3101)에는 θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)에 외부 전력을 공급하기 위한 도시하지 않은 모터 단자가 설치되어 있다. 한편, 모터부(3100a)의 가동자(3200) 측에는, X 전기자 권선(3104)의 내측과 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치된 계자부(3202)가 출력축(3201)에 설치되어 있다. 출력축(3201)은 비자성체인 스텐레스 강철로 되어 있다.

이와 같이, 모터부(3100a)는, θ 전기자 권선(3103)과 X 전기자 권선(3104)을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있다고 생각된다.

또한, 검출기부(3100b)는 출력축(3201)의 직동 방향의 변위를 검출하는 직동 검출기부(3300)와, 출력축(3201)의 회전 방향의 변위를 검출하는 회전 검출기부(3400)로 구성되어 있다.

직동 검출기부(3300)는 출력축(3201)의 외주에 고정된 원통 형상으로 광학식의 리니어 스케일(3301)과 제 2 프레임(3102)의 내주에 고정된 광학식의 리니어 센서 헤드(3302)로 구성되어 있다. 회전 검출기부(3400)는 후술하는 θX 베어링부(3106)의 볼 스플라인(3106a)에 칼라(3403)를 통해 고정된 θ 인코더(3401)와, 제 2 프레임(3102)에 고정된 회전 센서 헤드(3402)가 배치되어 있다. 상기 회전 검출기(3400)를 구성하는 θ 인코더(3401)에는 영구 자석이 이용되고, 회전 센서 헤드(3402)에는 해당 영구 자석에 공극을 거쳐서 대향하도록 제 2 프레임(3102) 내측에 원주에 균등 배치된 4개의 MR 소자나 홀 소자 등의 자기 검출 소자가 이용되어 이른바 자기식 인코더를 구성하고 있다. 또한, 제 2 프레임(3102)에는 직동 검출기부(3300)와 회전 검출기부(3400)에 외부로부터 전력을 공급하는 동시에 위치(X)와 각도(θ)의 검출 신호를 출력하는 도시하지 않은 검출기 단자가 설치되어 있다.

또한, 지지 기구는, 모터부(3100a)가 배치된 제 1 프레임(3101)의 부하측에는 부하측 브래킷(3107), 반부하측에는 반부하측 브래킷(3108)이 배치되어 있다. 부하측 브래킷(3107)과 반부하측 브래킷(3108)에는, 각 1개의 볼 스플라인(3106a)과 각 2개의 베어링(3106b)으로 구성된 θX 베어링부(3106)가 각각 배치되어 있다. 또한, 검출기부(3100b)가 배치된 제 2 프레임(3102)의 반부하측에는 엔드 캡(3110)이 설치되어 있다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이와 같이 구성된 액추에이터는, 출력축(3201)의 부하측이, 제 1 프레임(3101)의 부하측 브래킷(3107)과 반부하측 브래킷(3108)의 2개소에 각각 설치된 θX 베어링부(3106)를 구성하는 볼 스플라인(3106a)에 의해 X방향으로 직동할 수 있도록 지지된다. 또한, 액추에이터는, 출력축(3201)과 볼 스플라인(3106a)이 해당 볼 스플라인(3106a)과 동일한 부위의 2개소에 설치된 베어링(3106b)에 의해 θ방향으로 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 이로 인해, 고정자(3100)에 있어서의 제 1 프레임(3101)의 부분에 대해 모터부(3100a)를 배치한 출력축(3201)을 양쪽 모두 지지하는 동시에 θ방향의 회전과 X방향으로의 직동을 자유롭게 이동시킬 수 있다. 또한, 출력축(3201)의 반부하측 브래킷(3108) 측에 위치하는 볼 스플라인(3106a)의 외측에 칼라(3403)를 통해 θ 인코더(3401)를 설치하였기 때문에, 검출기부(3100b)를 구성하는 출력축(3201)의 반부하측의 길이를 단축화할 수 있다. 또한, 출력축단(3201) 선단부에는, 도시하지 않은 부하가 설치되어 있어, 부하(도시 생략)를 θ방향과 X방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다.

따라서, 제 11 실시 형태는, 모터부를 θ 전기자 권선과 X 전기자 권선을 동심원 형상으로 중첩하여 배치함으로써 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있어 고출력의 액추에이터를 제공할 수 있다고 생각된다.

또한, θX 베어링부를 각 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성하는 동시에, θX 베어링부를 모터부의 양측에 배치함으로써, 모터부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있다. 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있으므로, 출력축에 배치된 직동 검출기의 리니어 스케일의 진직도와 회전 검출기의 θ 인코더의 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있어, 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, 출력축의 부하측에 모터부를 배치하고, 반부하측에 검출기부를 배치한 구성 외에도, 반부하측 브래킷에 있어서의 θX 베어링부를 구성하는 볼 스플라인의 부위에 회전 검출기부를 구성하는 θ 인코더를 설치하였기 때문에, 검출기부를 구성하는 출력축의 반부하측의 길이를 단축화할 수 있다. 또한, θ 인코더는 반부하측 브래킷의 베어링으로 회전 가능하게 지지되기 때문에, 베어링의 래디얼 간격은 평균화된 간격 변동으로 되어, 수 ㎛의 자기적 갭의 변동이라고 생각된다. θ 인코더에 예를 들면 영구 자석을 이용하여 θ 인코더와 대향하는 회전 센서 헤드에 MR 소자나 홀 소자 등의 자기 검출 소자를 이용한 자기식 인코더의 경우에는, 자기식 인코더의 검출 오차를 경감할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 12 실시 형태에 대해 설명한다.

도 17은 제 12 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.

제 12 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징에 대해, 제 11 실시 형태와 다른 점을 이하와 같이 설명한다.

즉, 제 11 실시 형태에 나타내는 액추에이터는, 제 1 프레임 측에 직동과 회전 구동용의 모터부가 동심원 형상으로 중첩되어 배치되는 구성이다. 이에 반해, 제 12 실시 형태에 나타내는 액추에이터는, 제 1 프레임(3101) 측에 배치되는 직동과 회전 구동용의 모터부(3100a) 중에, 계자부와 전기자부를 각각 동심원 형상으로 개별적으로 중첩하여 배치하는 구성으로 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 출력축(3201)의 외주에 베어링(3106b)이 설치되고, 제 1 프레임(3101)의 내주에 볼 스플라인(3106a)을 거쳐서 직동이 자유롭게 이동하는 중공 원통 부재(3210)가 해당 베어링(3106b)의 외륜에 고정되어 설치되어 있다. θ 모터부는, 출력축(3201)의 외주에 장착된 θ 계자부(3205)와, 해당 θ 계자부(3205)와 대향하여 중공 원통 부재(3210)의 내주에 설치된 θ 전기자 권선(3103)로 구성되어 있다. 또한, X 모터부는 중공 원통 부재(3210)의 외주에 설치된 X 계자부(3207)와, 제 1 프레임(3101)의 내주에 장착된 X 전기자 권선(3104)로 구성되어 있다.

또한, 제 11 실시 형태가, 제 2 프레임 측에 회전 방향과 직동 방향과의 변위를 각각 검출하는 회전 검출기부와 직동 검출기부로 이루어지는 검출기부가 배치되는 구성이다. 이에 반해, 제 12 실시 형태는, 직동 회전 스케일(3501)과 직동 회전 센서 헤드(3502)로 이루어지는 직동 회전 검출기부(3500)를 설치한 구성으로 되어 있다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이와 같이 구성된 액추에이터는, θ 전기자 권선(3103)에 전류를 흘림으로써 θ 계자부(3205)의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 토크를 발생한다. 또한, X 전기자 권선(3104)에 전류를 흘림으로써 X 계자부(3207)의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 추진력이 발생하여, 회전 동작과 직동 동작을 실시할 수 있다.

한쪽의 θ 전기자 권선(3103)에만 전류를 공급했을 때, 중공 원통 부재(3210)가, 출력축(3201)이 모터부(3100a)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 베어링(3106b)에 의해 지름 방향으로 지지된 상태에서 회전한다. 그때, 출력축(3201)의 외주에 고정된 직동 회전 스케일(3501)이 동시에 회전하여, 해당 직동 회전 스케일(3501)과 대향하여 제 2 프레임(3102)에 설치한 직동 회전 센서 헤드(3502)에 의해 출력축(3201)의 회전 위치가 검출된다.

또한, 다른 쪽의 X 전기자 권선(3104)에만 전류를 공급했을 때, 중공 원통형 부재(3210)가 모터부(3100a)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 볼 스플라인(3106a)에 의해 축방향으로 지지된 상태에서 직동하고, 중공 원통형 부재(3210)에 지름 방향으로 지지된 출력축(3201)도 동시에 직동한다. 그때, 중공 원통형 부재(3210)의 외주에 설치한 직동 회전 스케일(3501)이 동시에 직동하여, 출력축(3201)의 내주에 설치된 제 2 프레임(3102)에 설치한 직동 회전 센서 헤드(3502)로부터 출력축(3201)의 직동 위치가 검출된다.

따라서, 제 12 실시 형태는, 제 1 프레임(3101) 측에 배치되는 직동과 회전 구동용의 모터부(3100a)에 있어서의 계자부와 전기자부를 각각 동심원 형상으로 개별적으로 중첩하여 배치함으로써, 액추에이터의 길이 방향의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 단위 체적당 출력을 크게 할 수 있어 고출력의 액추에이터를 제공할 수 있다고 생각된다.

또한, θX 베어링부를 각 1개의 볼 스플라인과 각 2개의 베어링으로 구성하고, 또한, θX 베어링부를 모터부의 양측에 배치하는 동시에 θ 모터부를 구성하는 계자부와 전기자부 및 X 모터부를 구성하는 계자부와 전기자부를 동심원 형상으로 개별적으로 중첩하여 배치했다. 이로 인해, 제 11 실시예에 비해 더욱 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 더 한층 향상할 수 있다. 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정도를 더욱 향상할 수 있으므로, 출력축에 배치된 직동 검출기의 리니어 스케일의 진직도와 회전 검출기의 θ 인코더의 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있어, 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 고정밀도로 검출할 수 있다고 생각된다.

또한, 검출기부의 반부하측에 엔드 브래킷을 배치하고, θX 베어링부를 거쳐서 출력축을 지지하는 배치로 함으로써, θX 베어링부를 검출기부의 양측에 배치하는 구성과 등가로 되기 때문에, 직동 회전 스케일의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있다. 나아가, 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축(3201)의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 향상할 수 있다고 생각된다.

다음으로, 제 13 실시 형태에 대해 설명한다.

도 18은 제 13 실시 형태를 도시하는 액추에이터의 측단면도이다.

제 13 실시 형태의 직동 회전을 행하는 액추에이터의 특징에 대해, 제 6 실시 형태와 다른 점을 이하와 같이 설명한다.

즉, 제 6 실시 형태에 나타내는 액추에이터의 검출기부(3100b)에 있어서, 출력축(3201)의 외주에 베어링(3106b)이 설치되고, 제 1 프레임(3101)의 내주에 볼 스플라인(3106a)을 거쳐서 직동이 자유롭게 이동하는 중공 원통 부재(3210)(스케일 홀더에 상당)가 해당 베어링(3106b)의 외륜에 고정되어 설치되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 직동 검출기부(3300)가 중공 원통 부재(3210)의 외주에 설치된 광학식의 리니어 스케일(3301)과, 제 1 프레임(3101)의 내주에 장착된 광학식의 리니어 센서 헤드(3302)로 구성되어 있다.

다음으로 동작에 대해 설명한다. 이와 같이 구성된 액추에이터는, θ 전기자 권선(3103)에 전류를 흘림으로써 계자부의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 토크를 발생한다. 또한, X 전기자 권선(3104)에 전류를 흘림으로써 계자부의 영구 자석이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(3200)에 추진력이 발생하여, 회전 동작과 직동 동작을 실시할 수 있다.

한쪽의 θ 전기자 권선(3103)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(3201)이 검출기부(3100b)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 베어링(3106b)에 의해 지름 방향으로 지지된 상태에서, 출력축(3201)과 대향하는 중공 원통형 부재(3210)에 대해 상대적으로 회전한다. 또한, 이때, 중공 원통형 부재(3210)는 회전하지 않는다.

또한, 다른 쪽의 X 전기자 권선(3104)에만 전류를 공급했을 때, 출력축(3201)은, 중공 원통형 부재(3210)가 검출기부(3100b)에 위치하는 θX 베어링(3106)의 볼 스플라인(3106a)에 의해 축방향으로 지지된 상태에서 직동한다. 그때, 외주에 리니어 스케일(3301)을 설치한 중공 원통형 부재(3210)도 동시에 직동하여, 해당 리니어 스케일(3301)과 대향하여 제 1 프레임(3101)의 내주에 설치된 리니어 센서 헤드(3302)에 의해 출력축의 직동 위치가 검출된다.

또한, θ 전기자 권선(3103) 및 X 전기자 권선(3104)의 양쪽 모두에 전류를 공급하면, 출력축(3201)이 회전, 직동을 동시에 행하여 회전 검출 및 직동 검출을 고정밀도로 실시할 수 있다고 생각된다.

따라서, 제 13 실시 형태는, 검출기부를 구성하는 직동 검출기부의 리니어 스케일을 중공 원통 부재에 설치하고, 볼 스플라인을 거쳐서 직동시킴으로써 회전 멈춤을 행하였기 때문에, 제 6 실시예에 비해 더욱 검출기부에서의 출력축의 덜걱거림이나 편심을 저감할 수 있어 출력축의 진직도와 회전 떨림의 정밀도를 더 한층 향상할 수 있다고 생각된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, X방향의 직동의 변위 검출에 광학식의 리니어 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 자기적 변화를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋다. 또한, θ방향의 회전 각도의 검출에 자기식의 센서를 이용했지만, 실시의 형태를 설명하는 일례에 지나지 않으며, 예를 들어 빛의 반사(또는 투과)를 검출하는 센서 등을 이용해도 좋은 것은 당연하다.

또한, 원활한 지지 기구로서 볼 스플라인이나 볼 베어링을 이용하여 설명했지만, 이것을 일체로 한 로터리 볼 스플라인이어도 좋다. 또한, 필요한 지지부의 정밀도에 따라 바꾸는 것은 가능하며, 미끄럼 베어링이나 유체 베어링 등을 이용해도 좋다.

또한, 본 실시의 형태에서 설명한 액추에이터는, 폭 방향을 좁게 하면서 직동 방향, 회전 방향의 동작을 실현하는 것이며, 폭 방향 또는 깊이 방향으로 복수개 연결하여 사용하는 용도에 적합한 것이다. 그때에는, 직동 방향의 위치를 검출하는 리니어 스케일 및 리니어 센서가 전방면에 위치하도록, 복수 개의 액추에이터가 폭 방향 또는 깊이 방향으로 연결되는 구성이 된다고 생각된다. 그러한 위치 관계에서 복수 개의 액추에이터가 폭 방향 또는 깊이 방향으로 연결됨으로써 출력축의 폭 방향의 간격을 좁게 할 수 있다고 생각된다.

상기 실시 형태에 관해 이하의 태양을 더 개시한다.

(1) 프레임에 동심원 형상으로 출력축의 양단에 배치되어 직동 방향 및 회전 방향으로 자유롭게 지지하는 지지 기구와, 상기 출력축에 관해 길이 방향의 상기 지지 기구의 사이에 동심원 형상으로 배치되어 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와, 직동 방향을 지지하는 상기 지지 기구에 배치되어 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 유지기를 거쳐서 배치되어 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 갖춘 것을 특징으로 하는 액추에이터.

(2) 상기 지지 기구는, 상기 프레임에 회전 방향을 자유롭게 지지하는 베어링이 장착되고, 상기 베어링에 장착된 슬리브를 거쳐서 직동 방향을 자유롭게 지지하는 베어링을 갖춘 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(3) 상기 모터부는, 상기 프레임과 동심 형상으로 회전 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선과, 상기 전기자 권선에 중첩하도록 직동 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선을 갖춘 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(4) 상기 모터부는, 상기 프레임과 동심 형상으로 회전 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선과, 상기 출력축의 길이 방향으로 늘어서서 직동 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선을 갖춘 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(5) 상기 출력축은, 상기 지지 기구와, 상기 유지기와, 상기 유지기의 일단부로부터 연장된 아암을 지지하는 직동 베어링으로부터 직동 방향 및 회전 방향이 지지된 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(6) 회전 방향의 각도를 검출하는 상기 검출기는, 피검출체와 검출기로 구성되고, 상기 검출체는, 직동 방향을 지지하는 상기 지지 기구에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(7) 직동 방향의 변위를 검출하는 상기 검출기는, 피검출체와 검출기로 구성되고, 상기 검출체는, 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 유지기로부터 상기 프레임의 반부하측에 구비된 브래킷의 개구를 통해 연장되어 직동 베어링으로 지지되는 아암에 장착된 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 액추에이터.

(8) 회전 가능하게 설치된 제 1 가동자와 해당 제 1 가동자의 외주에 자기 갭을 거쳐서 동심 형상으로 배치된 제 1 고정자를 갖는 회전 구동부와, 축방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제 2 가동자와 해당 제 2 가동자의 외주에 자기 갭을 거쳐서 동심 형상으로 배치된 제 2 고정자를 갖는 직동 구동부를 포함하고, 상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부를 병렬로 배치함으로써 직동 회전을 실시하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.

(9) 상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부를 동일한 케이스에 격납한 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 액추에이터.

(10) 상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부는, 각각의 구동부의 고정자와 동심원 형상이 되도록 각각의 구동부의 가동자를 구성하는 출력축의 양단부에 직동 방향 또는 회전 방향을 지지하는 지지 기구가 설치되어 있고, 또한 상기 각각의 구동부의 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함하는 검출기부가 설치된 것을 특징으로 하는 (8) 또는 (9)에 기재된 액추에이터.

(11) 상기 회전 구동부의 지지 기구는, 프레임에 출력축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링이 장착되는 동시에, 상기 제 1 베어링의 내주면에 칼라를 통해 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 제 2 베어링을 구비하고 있고, 직동 방향의 변위를 검출하는 상기 제 2 검출기는, 상기 회전 구동부의 반부하측에 설치되는 동시에 피검출체와 검출기로 구성되어 있고, 상기 피검출체는, 상기 회전 구동부의 출력축의 반부하측을 회전 가능하게 지름 방향으로 축지지하는 제 3 베어링의 외륜에 장착된 중공 원통 부재에 구비되어 있고, 상기 중공 원통 부재는, 상기 직동 구동부의 출력축과 아암에 의해 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(12) 상기 회전 구동부의 지지 기구는, 프레임에 출력축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링이 장착되는 동시에, 상기 제 1 베어링의 내주면에 칼라를 통해 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 제 2 베어링을 구비하고 있고, 상기 검출기부는 상기 회전 구동부의 부하측과 반부하측의 지지 기구의 사이에 설치되는 동시에 피검출체와 검출기로 구성되어 있고, 상기 회전 구동부의 출력축의 단부에, 회전 가능하게 지름 방향으로 축지지하는 제 3 베어링을 설치하는 동시에, 상기 제 3 베어링의 외륜에 장착된 아암을 상기 직동 구동부의 출력축과 접속함으로써, 직동·회전을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(13) 상기 회전 구동부 및 상기 직동 구동부는, 계자로 하는 영구 자석 혹은 철심 날을 구비한 계자와, 상기 계자와 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치되는 동시에 이동 자계를 발생하는 전기자를 구비한 것을 특징으로 하는 (8) 또는 (10)에 기재된 액추에이터.

(14) 상기 회전 구동부의 모터부에 있어서의 계자부는, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 제 2 베어링에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (8) 또는 (10)에 기재된 액추에이터.

(15) 상기 제 1 검출기의 피검출체와 상기 회전 구동부에 있어서의 모터부의 계자부의 양쪽 모두가, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 제 2 베어링에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(16) 회전 방향의 각도를 검출하는 상기 제 1 검출기는, 피검출체와 검출기로 구성되고, 상기 피검출체는, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 제 2 베어링에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(17) 상기 검출기부는, 상기 제 1 검출부와 상기 제 2 검출부의 기능을 일체화한 것임을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(18) 상기 출력축을 비자성재로 구성하는 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 액추에이터.

(19) 프레임의 내부에 동심원 형상이 되도록 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되어 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 기구와, 상기 출력축의 길이 방향에 있어서의 상기 지지 기구의 사이에 동심원 형상으로 배치되어 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함한 검출기부를 갖춘 것을 특징으로 하는 액추에이터.

(20) 상기 모터부는, 계자로 하는 영구 자석 혹은 철심 날을 구비한 계자와, 상기 계자와 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치되는 동시에 이동 자계를 발생하는 전기자를 구비한 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(21) 상기 모터부는, 상기 출력축을 회전 방향으로 구동하는 제 1 전기자 권선과, 상기 제 1 전기자 권선과 동심원 형상으로 중첩하도록 상기 출력축을 직동 방향으로 구동하는 제 2 전기자 권선을 구비한 것을 특징으로 하는 (19) 또는 (20)에 기재된 액추에이터.

(22) 상기 모터부는, 상기 출력축을 회전 방향으로 구동하는 제 1 전기자 권선과, 상기 출력축의 길이 방향에 상기 제 1 전기자 권선과 동심원 형상으로 직렬로 늘어서게 배치하도록 상기 출력축을 직동 방향으로 구동하는 제 2 전기자 권선을 구비한 것을 특징으로 하는 (19) 또는 (20)에 기재된 액추에이터.

(23) 상기 지지 기구는, 상기 프레임에 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링이 장착되고, 상기 제 1 베어링의 내주면에 칼라를 통해 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 제 2 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(24) 상기 검출기부는, 상기 제 1 검출부와 상기 제 2 검출부의 기능을 일체화한 것임을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(25) 상기 제 1 검출기의 피검출체는, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 지지 기구의 베어링에 구비된 칼라에 장착되고, 다른 쪽의 검출기는 상기 프레임에 장착된 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(26) 상기 모터부의 계자부는, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 제 2 베어링에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (19) 또는 (22)에 기재된 액추에이터.

(27) 상기 제 1 검출기의 피검출체와 상기 모터부의 계자부의 양쪽 모두가, 상기 출력축을 직동이 자유롭게 지지하는 상기 지지 기구의 베어링에 구비된 칼라에 장착된 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(28) 상기 검출기부를 상기 출력축의 부하측에 배치하는 동시에, 상기 모터부를 상기 출력축의 반부하측에 배치한 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(29) 상기 검출기부의 지지 기구에는, 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 베어링의 외주에 배치하는 동시에, 상기 프레임의 내주에 설치한 베어링을 거쳐서 직동이 자유롭게 지지하는 중공 원통 부재를 설치하고 있고, 상기 제 1 검출기의 피검출체는, 상기 출력축의 외주에 설치되는 동시에, 다른 쪽의 검출기는, 상기 중공 원통 부재의 내주에 설치되어 있고, 상기 제 2 검출기의 피검출체는, 상기 중공 원통 부재의 외주에 설치되는 동시에, 다른 쪽의 검출기는, 상기 프레임의 내주에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(30) 상기 모터부의 지지 기구에는, 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 베어링의 외주에 배치하는 동시에, 상기 프레임의 내주에 설치한 베어링을 거쳐서 직동이 자유롭게 지지하는 중공 원통 부재를 설치하고 있고, 회전 방향으로 구동하는 모터부의 계자부는, 상기 출력축의 외주에 설치되는 동시에, 다른 쪽의 전기자 권선은, 상기 중공 원통 부재의 내주에 설치되어 있고, 직동 방향으로 구동하는 모터부의 계자부는, 상기 중공 원통 부재의 외주에 설치되는 동시에 다른 쪽의 전기자 권선은, 상기 프레임의 내주에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

(31) 상기 출력축을 비자성 재료로 구성한 것을 특징으로 하는 (19)에 기재된 액추에이터.

Claims (10)

1. 프레임의 내부에 동심원 형상이 되도록 출력축의 길이 방향의 복수 개소에 배치되고, 상기 출력축의 직동 방향 및 회전 방향을 지지하는 지지 기구와,
   상기 출력축의 길이 방향으로 배치되고, 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 구동하는 모터부와,
   직동 방향을 지지하는 상기 지지 기구에 배치되고, 상기 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축을 회전 가능하게 지지하는 유지기를 거쳐서 배치되고, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함하는 검출기부를 구비하고,
   상기 제 2 검출부는 피검출체와 검출기로 구성되고, 상기 피검출체는 상기 유지기로부터 상기 프레임의 반부하측에 마련된 플랜지의 개구부를 통하여 연장하여, 리니어 가이드로 지지되는 아암에 장착된 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지 기구는 상기 출력축의 양단에 배치되고,
   상기 모터부는 상기 출력축에 관해 길이 방향의 상기 지지 기구의 사이에 동심원 형상으로 배치되는
   액추에이터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 기구는, 상기 프레임에 회전 방향을 자유롭게 지지하는 베어링이 장착되고, 상기 베어링에 장착된 슬리브를 거쳐서 직동 방향을 자유롭게 지지하는 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 모터부는,
   상기 프레임과 동심 형상으로 회전 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선과,
   상기 전기자 권선에 중첩하도록 배치되어 직동 방향으로 상기 출력축을 구동하는 전기자 권선을 구비한 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터부는,
   계자로 하는 영구 자석 혹은 철심 날을 구비한 계자와,
   상기 계자와 자기적 공극을 거쳐서 대향 배치되는 동시에 이동 자계를 발생하는 전기자를 구비한 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 모터부는,
   상기 출력축을 회전 방향으로 구동하는 제 1 전기자 권선과,
   상기 제 1 전기자 권선과 동심원 형상으로 중첩하도록 배치되어 상기 출력축을 직동 방향으로 구동하는 제 2 전기자 권선을 구비한 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
8. 회전 가능하게 설치된 제 1 가동자와, 이 제 1 가동자의 외주에 자기 갭을 거쳐서 동심 형상으로 배치된 제 1 고정자를 갖는 회전 구동부와,
   축방향을 따라 이동 가능하게 설치된 제 2 가동자와, 이 제 2 가동자의 외주에 자기 갭을 거쳐서 동심 형상으로 배치된 제 2 고정자를 갖는 직동 구동부를 포함하고,
   상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부를 병렬로 배치하고, 상기 제 1 가동자를 직동 가능하게 지지하는 것과 함께, 상기 제 1 가동자의 회전을 허용하면서 아암을 거쳐서 상기 제 1 가동자를 상기 제 2 가동자에 연결하고, 상기 제 2 가동자의 직동에 따라 상기 제 1 가동자를 직동시키는 것에 의해 상기 제 1 가동자를 직동 회전시키는 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부를 동일한 케이스에 격납한 것을 특징으로 하는
   액추에이터.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 회전 구동부와 상기 직동 구동부는, 각각의 구동부의 고정자와 동심원 형상이 되도록 각각의 구동부의 가동자를 구성하는 출력축의 양단부에 직동 방향 또는 회전 방향을 지지하는 지지 기구가 설치되어 있고,
    상기 각각의 구동부의 출력축의 회전 방향의 각도를 검출하는 제 1 검출부와, 상기 출력축의 직동 방향의 변위를 검출하는 제 2 검출부를 포함하는 검출기부가 설치된 것을 특징으로 하는
    액추에이터.

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