JP2003189563A - Ｚ−θアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｚ−θアクチュエータにおいて、小型かつ軽
量であって、かつ、高い推力を発揮できるものを提供す
ること。 【解決手段】 筒状の固定部分（Ａ）と運動部分（Ｂ）
とから構成される。固定部分は、軸方向に配列した少な
くとも３個のリング状のヨーク（１１，１２，１３）と
励磁コイル（１６，１７）とからなるＺ方向駆動素子
（１）、および半径方向に配列したｍ個（ｍは３以上の
整数）のヨーク（２１，２２，２３）と励磁コイル（２
６，２７，２８）とからなるθ方向駆動素子（２）を有
する。運動部分は、軸（３）上に隣接して、Ｚ方向駆動
素子に対応する少なくとも２個のリング状の永久磁石の
磁極（４１，４２）をもつＺ方向被駆動素子（４）、お
よびθ方向駆動素子に対応するｎ個（ｎは２以上の偶
数）の永久磁石の磁極（５１，５２，５３，５４）をも
つθ方向被駆動素子（５）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｚ−θアクチュエ
ータに関する。このアクチュエータは、各種のバルブの
開閉や、半導体部品製造装置の自動マウンターの操作な
どに好適である。

【０００２】

【従来の技術】ある範囲内での軸方向の往復動と、軸を
中心とする回転運動とを行なうＺ−θアクチュエータ
は、リニアモータと回転モータとを有するが、従来のア
クチュエータは、これら２種のモータを個別に用意し、
組み合わせて構成していた。そのため、リニアモータが
回転モータを背負う形となり、ある程度大きな形状とな
ることが避けられず、また、軸方向の往復動に余分な推
力を必要としていた。構造によっては、軸方向の往復動
の範囲内で、配線が動く必要がある。このような構造
は、耐久性の観点から好ましくないことはもちろんであ
る。

【０００３】Ｚ−θアクチュエータに要求される特性の
ひとつである、応答性を高めることを目的として、回転
モータが回転するときはリニアモータ用の移動子は回転
動作による影響を受けず、リニアモータが直線移動する
ときは回転用モータの回転子は直線移動動作の影響を受
けないような構造を選んだ改良が提案された（特開平６
−３０３７３７）。しかし、この構造においても、上記
した諸問題は解消していない。

【０００４】Ｚ−θアクチュエータの軸方向の往復動
は、通常ソレノイド方式によっているが、可動磁石（Ｍ
Ｍ）方式を採用すれば、より高速で、高い推力を与える
動作が可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｚ−
θアクチュエータにおいて、回転駆動を受ける部分と直
線駆動を受ける部分とを一体化して運動部分を小型かつ
軽量なものとし、それによって高速の動作と高い応答性
を実現し、全体として小型の形状を可能にし、あわせて
可動磁石方式を取り入れることによって、高い推力を発
揮できるものを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のＺ−θアクチュエータは、図１ないし図３に示す
ように、筒状の固定部分（Ａ）と、その内部に配置され
Ｚ−θ方向に運動する運動部分（Ｂ）とから構成され、
固定部分（Ａ）は、軸方向に配列した少なくとも３個の
リング状のヨーク（１１，１２，１３）とそれらを励磁
するためのコイル（１６，１７）とからなる電磁石であ
るＺ方向駆動素子（１）、および半径方向に配列したｍ
個（ｍは３以上の整数）のヨーク（２１，２２，２３）
とそれらを励磁するためのコイル（２６，２７，２８）
とからなる電磁石であるθ方向駆動素子（２）を有し、
運動部分（Ｂ）は、軸（３）上に隣接して、上記Ｚ方向
駆動素子に対応する少なくとも２個のリング状の磁極
（４１，４２）をもつ永久磁石であるＺ方向被駆動素子
（４）、および上記θ方向駆動素子に対応するｎ個（ｎ
は２以上の偶数）の磁極（５１，５２，５３，５４）を
もつ永久磁石であるθ方向被駆動素子（５）を有するこ
とを特徴とする。各図において、符号（６）は軸受け、
（７）は全体を収容する容器を表す。

【０００７】

【発明の実施形態】半発明のＺ−θアクチュエータに
は、以下に述べるような、さまざまな変更態様が可能で
ある。まず、固定部分のθ方向駆動素子（２）は、基本
的な態様では、θ方向被駆動素子（５）の軸方向のスト
ロークをカバーする長さをもつ、一組の半径方向に配列
された電磁石からなるが、θ方向の駆動力が全ストロー
クにおいて均等に必要であるとは限らない。たとえば、
Ｚ方向の往復動の両端においてのみ、回転駆動できれば
よいことがある。その場合は、図４に示すように、θ方
向駆動素子（２）を２個またはそれ以上の部分に分割
し、ストロークの両端の位置をθ方向被駆動素子（５）
が占めたときに、必要な駆動力を、θ方向駆動素子を構
成する各部分が発揮するように構成すれば足りる。

【０００８】Ｚ方向の往復動の両端だけで回転駆動でき
ればよい態様においても、必要な駆動力がことなること
もあろう。そのばあいは、もちろん、分割されたθ方向
被駆動素子の各部の能力を、それに応じて設計すること
が推奨される。このような変更態様においては、軸のＺ
方向の移動量を測定するセンサーを設けるなどして、θ
方向被駆動素子が現に存在する位置を検知し、必要な時
期にθ方向被駆動素子に電力を供給するように構成する
ことが好ましい。

【０００９】場合によっては、さらに、θ方向駆動素子
がストロークの特定の部分でだけ駆動力を発揮すればよ
いこともある。そのような場合は、θ方向駆動素子
（２）がストロークの一部分の長さしかもたず、θ方向
被駆動素子（５）が駆動を受ける必要のある部分にだけ
存在する構造であってもよい。

【００１０】そのほか、本発明のＺ−θアクチュエータ
に対しては、各種のセンサーおよび電流制御装置を付加
して、推力、回転速度、回転角度あるいはトルクなどを
制御可能にした態様があり得ることはいうまでもない。
Ｚ方向の駆動素子−被駆動素子の組と、θ方向の駆動素
子−被駆動素子の組との間隔は、電気的・磁気的な干渉
がない限り、近接させることができるが、電気的な干渉
に対しては、必要によりシールドを設けて、これを防止
することができる。

【００１１】

【発明の効果】本発明のＺ−θアクチュエータは、Ｚ方
向の被駆動素子とθ方向の被駆動素子とが、ともに回転
体形状の永久磁石であり、それらを１本の軸上に近接し
て設けた構造であるから、直径も長さも、従来品より小
さくすることが可能である。この構造はまた、高速の動
作を可能にする。永久磁石としては、希土類磁石に強力
なものがあり、よりよいものが開発されつつあるから、
それらから適切なものを選択することにより、アクチュ
エータに対する小型化、軽量化および強力化の要請に応
えることが容易である。

【００１２】θ方向の駆動すなわち回転駆動を、Ｚ方向
のストローク全域にわたって均一に行なわなくてよい場
合、本発明はそれに適した構造を提供できる。そうした
態様においては、より効率的なＺ−θアクチュエータが
実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＺ−θアクチュエータの基本的な態
様について、その構造を示す縦断面図。

【図２】 図１のＩ−Ｉ部分の断面図。

【図３】 図１のII−II部分の断面図。

【図４】 本発明のＺ−θアクチュエータの変更態様に
ついて、その構造を示す一部の縦断面図。

【符号の説明】

Ａ 固定部分 Ｂ 運動部分 １ Ｚ方向駆動素子 １１，１２，１３ リング状のヨーク １６，１７ コイル ２ θ方向駆動素子 ２１，２２，２３ 半径方向のヨーク ２６，２７，２８ コイル ３ 軸 ４ Ｚ方向被駆動素子 ４１，４２ リング状の磁極 ５ θ方向被駆動素子 ５１，５２，５３，５４ 半径方向の磁極 ６ 軸受け ７ 容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の固定部分と、その内部に配置され
   Ｚ−θ方向に運動する運動部分とから構成され、固定部
   分は、軸方向に配列した少なくとも３個のリング状のヨ
   ークとそれらを励磁するためのコイルとからなる電磁石
   であるＺ方向駆動素子、および半径方向に配列したｍ個
   （ｍは３以上の整数）のヨークとそれらを励磁するため
   のコイルとからなる電磁石であるθ方向駆動素子を有
   し、運動部分は、軸上に隣接して、上記Ｚ方向駆動素子
   に対応する少なくとも２個のリング状の磁極をもつ永久
   磁石であるＺ方向被駆動素子、および上記θ方向駆動素
   子に対応するｎ個（ｎは２以上の偶数）の磁極をもつ永
   久磁石であるθ方向被駆動素子を有することを特徴とす
   るＺ−θアクチュエータ。
2. 【請求項２】 固定部分のθ方向駆動素子が２個または
   それ以上の部分に分割されていて、それぞれの対応する
   位置をθ方向被駆動素子が占めたときに必要な駆動力
   を、θ方向駆動素子の各部分が発揮するように構成した
   請求項１のＺ−θアクチュエータ。
3. 【請求項３】 θ方向駆動素子がＺ方向ストロークの一
   部分の長さしかもたず、θ方向被駆動素子が駆動を受け
   る必要のある部分にだけ存在する、請求項１のＺ−θア
   クチュエータ。