JP2004343873A - リニアモータ式単軸ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ステータ部の永久磁石と電機子のコイルとを接触しない範囲で接近させることにより、効率良く推力を高めることができるようにする。
【解決手段】ロボット本体１と、該ロボット本体１に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材２とを備え、上記ロボット本体１には、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部１０と、上記可動部材２を上記ステータ部１０の軸方向に移動可能に支持するリニアガイド８とが設けられている。また、上記可動部材２は、上記ステータ部１０を挿通させる中空のブロック１５を有し、このブロック１５の内周部に、ステータ部１０を囲繞するコイル１８が装着され、このコイル１８と上記ステータ部１０とが所定のギャップを介して径方向に対面するように配置されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータを用いた単軸ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許文献１に示されるように、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部とこのステータ部を囲繞する電機子が設けられた可動部とを備え、上記電機子のコイルに対する通電が制御されることにより可動部がステータ部の軸に沿った方向に直線的に移動するようになっているリニアモータは一般に知られている。このようなリニアモータは各種分野において物品の搬送などに用いられ、単軸ロボットにも適用可能である。
【０００３】
この種リニアモータにおいては、通常、上記特許文献１にも見られるように、電機子のコイルがステータ部の永久磁石に接触してショートするといった事態を確実に防止するため、電機子のコイルの内側に非磁性体からなるボビン（硬質のカラー）が設けられている。すなわち、予めステータ部より若干大径に形成された上記ボビンにコイルが巻きつけられることにより電機子が構成され、この電機子が可動部に組み付けられるとともに、このボビンにステータ部が挿通された状態に、ステータ部と可動部が組み合わされる。
【０００４】
このような構造によると、電機子のコイルとステータ部との間に非磁性体からなるボビンが介在するためコイルとステータ部との接触が確実に防止され、また、製造時には上記ボビンを利用してこれに導電性線材を巻き付けることで容易に一定径にコイルを形成することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平５−３４９０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種リニアモータでは、ステータ部の永久磁石と電機子のコイルとを接近させるほど、磁束が強くなることにより推力が高められるが、上記のように電機子のコイルの内側に非磁性体からなるボビンが設けられている構造では、ステータ部の永久磁石と電機子のコイルとの接近が上記ボビンにより妨げられ、推力を高める上で弊害となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ステータ部の永久磁石と電機子のコイルとを接触しない範囲で接近させることにより、効率良く推力を高めることができるリニアモータ式単軸ロボットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロボット本体と、該ロボット本体に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材とを備え、上記ロボット本体には、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部と、上記可動部材を上記ステータ部の軸方向に移動可能に支持するリニアガイドとが設けられ、上記可動部材にはステータ部を囲繞する電機子が設けられているリニアモータ式単軸ロボットにおいて、上記可動部材は上記ステータ部を挿通させる中空のブロックを有し、このブロックの内周部に上記電機子を構成するコイルが装着され、このコイルと上記ステータ部とが所定のギャップを介して径方向に対面するように配置されているものである。
【０００９】
この構成によると、コイルの内側にボビンが設けられていないため、ボビンを有するものと比べ、コイルをステータ部に接近させることができ、これにより推力を高めることができる。
【００１０】
この発明において、上記コイルの軸方向両側において上記ブロックの内周部に、上記ステータ部に摺接する滑り軸受が設けられ、この滑り軸受により、上記コイルとステータ部との間に所定のギャップが保たれるようステータ部に対するコイルの位置が規制されていることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、ボビンが省略されてコイルがステータ部に接近した構造とされながら、上記滑り軸受によりコイルとステータ部との間のギャップが一定に保たれ、コイルとステータ部との接触による損傷やショートが確実に防止される。
【００１２】
なお、上記コイルの内周側には薄い絶縁性シートが接着されていてもよい。この場合でも、上記絶縁性シートはボビンのようにコイルを保持するための高強度のものではなく、ボビンよりもはるかに薄いため、コイルをステータ部に接近させることに対して大きな妨げとなることはない。
【００１３】
また、本発明の別の態様としては、ロボット本体と、該ロボット本体に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材とを備え、上記ロボット本体には、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部と、上記可動部材を上記ステータ部の軸方向に移動可能に支持するリニアガイドとが設けられ、上記可動部材にはステータ部を囲繞する電機子が設けられているリニアモータ式単軸ロボットにおいて、上記電機子の軸方向両側において上記ステータ部の外周面に摺接する滑り軸受が上記可動部材に設けられ、この滑り軸受により、上記電機子の内周面とステータ部の外周面との間に所定のギャップが保たれるようステータ部に対する電機子の位置が規制されているものである。
【００１４】
この構成によると、上記滑り軸受により電機子とステータ部との間のギャップが一定に保たれ、電機子とステータ部との接触が確実に防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態による単軸ロボットの縦断面図、図２は同ロボットの横断面図、図３は要部の縦断面図である。これらの図において、単軸ロボットは、ロボット本体１と、このロボット本体１に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材２とを備えている。
【００１７】
上記ロボット本体１は、ベース部３と一対のカバー部材４とからなり、一軸方向に延びる横長枠状に形成されている。上記一対のカバー部材４は、ロボット本体１の両側壁部分を構成するもので、全長にわたって互いに平行に対向し、ベース部３の両側部から上方に突出した状態で、下端部がベース部３にボルトで固着されている。上記両カバー部材４の上端には内方に突出する縁部４ａが形成され、この両カバー部材４の上端縁部４ａの間に一定幅の開口部６が形成されている。
【００１８】
上記ロボット本体１内には、一定幅のガイドレール８がベース部３上に設けられるとともに、その上方にステータ部１０が配置されている。このステータ部１０は、Ｎ，Ｓの磁極が交互に逆向きに位置するように軸方向に配列された多数個の環状の永久磁石１０ａを有し、これらの永久磁石１０ａが中心軸１０ｂ上に保持され、非磁性体からなるスリーブ１０ｃ内に収容されている。そして、ステータ部１０全体が円形断面のシャフト状に形成されており、このステータ部１０の両端が、ロボット本体１内の両端部においてベース部３上に立設された支持部材１１に、取付け部材１２を介して支持されている。ロボット本体１の両端部は端部カバー１３で覆われている。
【００１９】
上記ガイドレール８の一側方において上記ベース部３の上面には、細長のプレート状のスケール１４がベース部３の略全長にわたって設けられている。このスケール１４は、後述のＭＲヘッド２１により読取可能なように磁気的に目盛りを記録したものである。
【００２０】
また、可動部材２は、上記ステータ部１０を挿通させる中空のブロック１５を有し、このブロック１５の下端に、上記ガイドレール８に係合する被ガイド部１６が設けられることにより、上記ブロック１５がガイドレール８に摺動自在に支持されている。
【００２１】
上記ブロック１５の中空部内周には、電機子を構成するコイル１８が固定されている。このコイル１８の内周には薄い樹脂シート１９が接着されている。
【００２２】
このような電機子を成形する方法としては、図示しないが、上記ステータ部１０より若干大径の棒状もしくはパイプ状の治具を用い、この治具に上記樹脂シート１９を介して導電性線材を螺旋状に巻きつけてコイル１８を形成し、このコイル１８を樹脂で固めて保形した後、上記治具を引き抜くようにすればよい。このようにすれば、コイル１８の内側にボビンを設けない構造としながら、ステータ部１０より若干大径の一定径のコイル１８を成形することができる。
【００２３】
そして、可動部材２がロボット本体１に組み付けられた状態で、コイル１８がステータ部１０を囲繞し、コイル１８の内周とステータ部１０の外周との間に微小なギャップＧが形成されるようになっている。
【００２４】
このコイル１８の軸方向の寸法は上記ブロック１５と比べて多少短くなっている。そして、上記コイル１８の軸方向両側において上記ブロック１５の内周には、環状の滑り軸受２０が設けられ、その内周面がステータ部１０に摺接している。
【００２５】
上記ブロックの一側部下端には、上記スケールに対向するＭＲヘッド２１が設けられ、このＭＲヘッド２１で上記スケール１４を読み取ることにより可動部材２の位置を検出し得るようになっている。このＭＲヘッドの上方には磁気シールド２２が設けられている。この磁気シールド２２は、上記ステータ部１０及びコイル１２からの磁気的影響がＭＲヘッド２１に及ぶことを防止するものである。
【００２６】
また、可動部材２の上部には作業部材支持用のテーブル２４が設けられ、このテーブル２４に、用途に応じた各種の作業部材が取付けられるようになっている。上記テーブル２４の上面複数箇所には、作業部材をボルト止め等で取付けるための取付け座２５が設けられ、この取付け座２５を除く部分でテーブル２４が上部カバー２６により覆われている。
【００２７】
このテーブル２４は、断熱板２７を介して上記ブロック１５上に載置された状態で、複数箇所においてボルト２８により断熱板２７と一緒にブロック１５に固定されている。上記各ボルト２８の頭部とテーブル２４との間には断熱ワッシャー２９が介装されている。上記断熱板２７及び断熱ワッシャー２９は、断熱性の高い材料で形成され、コイル１８からブロック１５に伝わる熱がテーブル２４にまで伝達されることを抑制するようになっている。
【００２８】
上記テーブル２４はロボット本体１の上面部分より上方に位置し、テーブル２４とブロック１５との間の連結部分（図示の例では断熱板２７が介在する部分）が、ロボット本体１の上端の開口部６に位置している。
【００２９】
また、上記開口部６を覆うシャッター３１がロボット本体１の上面に設置されている。このシャッター３１は、可撓性を有するシートからなり、上記開口部６よりも広幅で、ロボット本体１の略全長にわたる長さに形成され、可動部材２が位置するところでは上記テーブル２４の上面を通り、それ以外の部分ではロボット本体１の上面に密接して、開口部６を閉塞している。このシャッター３１の両端はロボット本体１両端の支持部材１１に取付けられている。
【００３０】
なお、上記可動部材２におけるテーブル２４の一側面部にはコネクタ３２が設けられ、このコネクタ３２に上記コイル１８及びＭＲヘッド２１が電線３３を介して接続されている。また、ロボット本体１の外部にはケーブル（図示せず）を収容する可撓性ダクト３４が配備され、そのケーブルの先端に設けられたコネクタ３５が上記コネクタ３２に接続されることにより、ケーブルを介して図外の電源及び制御回路に上記コイル１８及びＭＲヘッド２１が電気的に接続されるようになっている。３６，３７は上記可撓性ダクト３４を支持するステーである。
【００３１】
以上のような当実施形態の単軸ロボットによると、上記可動部材２のコイル１８に流れる電流が制御されることにより、その電流とステータ部１０の永久磁石１０ａによる磁界との相互作用によって生じる推力により、可動部材２が軸方向に移動する。
【００３２】
この場合、ステータ部１０の永久磁石１０ａに対してコイル１８が接近するほど、磁束が強くなることにより推力が大きくなるが、当実施形態の単軸ロボットは、コイル１８の内側にボビンを設けていないため、ボビンを有する従来のリニアモータ式単軸ロボットと比べ、大幅にコイル１８をステータ部１０に接近させることができ、これにより上記推力が大きくなって、リニアモータとしての能力が高められる。
【００３３】
しかも、上記コイル１８とステータ部１０との間に所定のギャップＧが確保されることにより、上記コイル１８とステータ部１０との接触による損傷やショートが防止され、信頼性が高められる。
【００３４】
特に、上記コイル１８の軸方向両側においてブロック１５の内周に滑り軸受２０が設けられ、その内周面がステータ部１０に摺接しているため、コイル１８とステータ部１０との間のギャップＧの大きさが上記滑り軸受２０により確実に規制される。従って、例えば長尺のステータ部１０に多少の撓みがあったとしても、移動の間に上記ギャップＧの大きさが変化してしまうようなことがなく、コイル１８とステータ部１０との接触が確実に防止される。
【００３５】
さらに、上記ギャップＧに外部から異物が進入するとショート等の弊害を招くおそれがあるが、上記滑り軸受２０はギャップＧを封鎖して異物の進入を防止する役目も果たし、これによっても信頼性が高められる。
【００３６】
また、ロボット本体１はベース部３の上方両側を覆うカバー部材４を有し、さらにロボット本体１の上端開口部はシャッター３１により覆われているため、上記ステータ部１０などが配置されている内部空間に外部から異物が侵入することが極力防止されるようになっている。
【００３７】
なお、本発明のリニアモータ式単軸ロボットの具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、コイル１８の内周側に薄い樹脂シート１９を接着させているが、この樹脂シート１９を省略してもよい。ただし、前述のように治具を用いてコイル１８を成形する際に、樹脂シート１９がある方が成形が容易になる。そして、このように樹脂シート１９を設けておいても、このシート１９は従来のボビンのようなコイル１８を保持するための高強度のものではなく、ボビンよりもはるかに薄いため、コイル１８をステータ部１０に接近させて推力を大きくするという作用効果を損ねることはない。
【００３９】
また、上記実施形態において、電機子（コイル１８）の軸方向両側においてステータ部１０の外周面に摺接する滑り軸受２０を可動部材２のブロック１５の内周に設けるようにする点は、コイルを保持するボビンがコイルの内側に設けられている構造にも適用可能である。この場合にも、滑り軸受により、ボビン内周とステータ部との間のギャップを一定に保つとともに、このギャップに外部から異物が進入することを防止する作用が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアモータ式単軸ロボットは、可動部材に設けられたコイルとロボット本体に設けられたステータ部とが所定のギャップを介して径方向に対面するように配置され、コイルの内側にボビンが設けられていないため、ボビンを有する従来のリニアモータ式単軸ロボットと比べ、大幅にコイルをステータ部に接近させることができ、これによりリニアモータとしての能力を高めることができる。
【００４１】
さらに、コイルの軸方向両側においてブロックの内周部に、ステータ部に摺接する滑り軸受を設けておけば、コイルとステータ部との間のギャップを一定に保ち、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による単軸ロボットの縦断面図である。
【図２】上記ロボットの横断面図である。
【図３】上記ロボットの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ロボット本体
２ 可動部
８ リニアガイド
１０ ステータ部
１０ａ 永久磁石
１５ ブロック
１８ コイル
２０ 滑り軸受
Ｇ ギャップ

Claims (4)

1. ロボット本体と、該ロボット本体に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材とを備え、上記ロボット本体には、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部と、上記可動部材を上記ステータ部の軸方向に移動可能に支持するリニアガイドとが設けられ、上記可動部材にはステータ部を囲繞する電機子が設けられているリニアモータ式単軸ロボットにおいて、
   上記可動部材は上記ステータ部を挿通させる中空のブロックを有し、このブロックの内周部に上記電機子を構成するコイルが装着され、
   このコイルと上記ステータ部とが所定のギャップを介して径方向に対面するように配置されていることを特徴とするリニアモータ式単軸ロボット。
2. 上記コイルの軸方向両側において上記ブロックの内周部に、上記ステータ部に摺接する滑り軸受が設けられ、この滑り軸受により、上記コイルとステータ部との間に所定のギャップが保たれるようステータ部に対するコイルの位置が規制されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ式単軸ロボット。
3. 上記コイルの内周側には薄い絶縁性シートが接着されていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ式単軸ロボット。
4. ロボット本体と、該ロボット本体に対して一定方向に直線的に移動可能な可動部材とを備え、上記ロボット本体には、永久磁石を軸方向に配列したシャフト状のステータ部と、上記可動部材を上記ステータ部の軸方向に移動可能に支持するリニアガイドとが設けられ、上記可動部材にはステータ部を囲繞する電機子が設けられているリニアモータ式単軸ロボットにおいて、
   上記電機子の軸方向両側において上記ステータ部の外周面に摺接する滑り軸受が上記可動部材に設けられ、この滑り軸受により、上記電機子の内周面とステータ部の外周面との間に所定のギャップが保たれるようステータ部に対する電機子の位置が規制されていることを特徴とするリニアモータ式単軸ロボット。

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