JP2005006446A - リニアモータ駆動式倍速進退移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造によって、増量・増速させることができ、装置の小型化と装置重量の軽減を達成することができるリニアモータ駆動式倍速進退移動装置を提供する。
【解決手段】固定子１と第１の可動子２とによって構成されているリニアモータ７の起動により、第１の可動子２、スライダブロック８およびＦＧリング磁石３を前進させて、固定子１の多数の磁極と、ＦＧリング磁石３の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用によって、ＦＧリング磁石３を反時計まわりに回転させる。一方、第２の可動子４には、ＦＧリング磁石３が前進する作用と、該ＦＧリング磁石３の回転作用との両作用を相乗的に働かせ、第２の可動子２と可動体５をＦＧリング磁石３の前進距離にＦＧリング磁石３の円周方向の移動距離を加えた量に倍増して倍速で進退移動させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ駆動式倍速進退移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リニアモータ駆動源を備え、かつ倍速機能を有する進退移動装置が本発明出願人によって提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この従来技術は、固定ビームと、この固定ビームに該固定ビームのビーム軸方向の進退移動を自在に組み付けられた第１可動ビームと、この第１可動ビームに前記ビーム軸方向の進退移動を自在に組み付けられた第２可動ビームと、前記第１可動ビームを進退移動させる駆動源とを備え、この駆動源が前記固定ビームに装着された固定側部材と、前記可動ビームに装着された可動側部材とを具備するリニアサーボモータによって構成されているとともに、前記固定ビームに対して前記第１可動ビームが進退移動して伸縮するのに伴って、前記第２可動ビームの進退移動量を前記第１可動ビームの進退移動量よりも増量させ、かつ前記第２可動ビームの進退移動速度を前記第１可動ビームの進退移動速度よりも増速させて、該第２可動ビームを前記第１可動ビームおよび前記固定ビームに対して進退移動させて伸縮させる増量・増速機構を具備している。
【０００４】
この従来技術では、固定ビームに装着された固定側部材と、第１可動ビームに装着された可動側部材とを具備するリニアサーボモータによって構成されている駆動源の運転によって、第１可動ビームが固定ビームのビーム軸方向に進退移動して伸縮する。また、第２可動ビームは、増量・増速機構の作用によって、固定ビームに対して第１可動ビームよりも高速かつ大きい移動量で進退移動して伸縮することになる。つまり、リニアサーボモータによって構成されている駆動源の運転によって、第１可動ビームを高速で進退移動させることができる。しかも、増量・増速機構の作用によって、第２可動ビームを第１可動ビームよりもさらに高速で進退移動させることができるので、進退移動サイクルタイムを短縮することができる。また、運転時の進退移動に伴って装置の全長が伸縮するので、大きい進退移動量を確保することができる反面、運転停止時の長さを縮小して小型化することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１０６６７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のリニアモータ駆動源を備え、かつ倍速機能を有する進退移動装置では、実施形態において説明している１対のプーリと、これら１対のプーリに巻き掛けられたタイミングベルトなどによって構成されるメカ的な増量・増速機構が必要である。このため、増量・増速機構の設置スペースが必要になり、この設置スペースに相当して装置が大型化されるとともに、増量・増速機構の重量に相当して装置重量が増大するなどの難点を有する。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、従来の進退移動装置で必要とされていたメカ的な増量・増速機構を不要にした簡単な構造によって、増量・増速させることができ、装置の小型化と装置重量の軽減を達成することができるリニアモータ駆動式倍速進退移動装置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】
前記目的を達成するために、本発明のリニアモータ駆動式倍速進退移動装置は、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の固定子と、この固定子に外嵌される電機子コイルを有しているとともに、該固定子に沿って進退移動可能な第１の可動子とからなるリニアモータを備え、前記固定子の界磁マグネットに吸引または反発される磁極を備え前記固定子に対向して前記第１の可動子に回転自在に取付けられたＦＧリング磁石と、このＦＧリング磁石を挟んで前記固定子に平行に配置されてＮ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の第２の可動子と、この棒状の第２の可動子を装着して進退移動自在に配置された可動体とを具備していることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、第１の可動子の電機子コイルに通電すると、コイルの通電と、該電機子コイルを貫通している固定子の界磁マグネットが形成する磁界との相互作用により、可動子を棒状固定子に沿って進退移動させることができる。第１の可動子が進退移動すると、この第１の可動子とともにＦＧリング磁石も進退移動する。このとき、固定子の交互に並んでいるＮ極とＳ極にＦＧリング磁石の磁極が吸引または反発して、ＦＧリング磁石が正方向または逆方向に回転する。すなわち、ＦＧリング磁石は第１の可動子とともに進退移動しながら正方向または逆方向に回転することになる。ＦＧリング磁石が第１の可動子とともに進退移動しながら正方向または逆方向に回転することにより、棒状の第２の可動子の界磁マグネットがＦＧリング磁石の磁極に吸引または反発して、該第２の可動子を第１の可動子と同じ方向に進退移動させる。第２の可動子は可動体に装着されているので、可動体は第２の可動子とともに進退移動する。第２の可動子には、ＦＧリング磁石が第１の可動子とともに進退移動する作用と、ＦＧリング磁石の回転作用との両作用が相乗的に働く。その結果、第２の可動子および可動体は、第１の可動子およびＦＧリング磁石の進退移動距離にＦＧリング磁石の円周方向の移動距離を加えた量に増量されて高速（倍速）で進退移動することになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す全体側面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。これらの図において、リニアモータ駆動式倍速進退移動装置は、固定子１と、第１の可動子２と、ＦＧリング磁石３と、第２の可動子４と、この第２の可動子４を一体に装着した可動体５とを備えている。
【００１１】
固定子１は、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状のもので、軸方向（第１の可動子２、第２の可動子４および可動体５の進退移動方向）にのび、その両端部は支持体６，６により水平に支持されている。
【００１２】
第１の可動子２は、固定子１に外嵌される電機子コイル（不図示）を有しているとともに、固定子１に沿って進退移動可能に対応しており、前記固定子１と前記第１の可動子２とによって、リニアモータ７を構成している。
【００１３】
第１の可動子２は、左右一対の脚部８Ａ，８Ａを備えた門型のスライダブロック８の内側に組み付けられており、このスライダブロック８の前端部にブラケット９を介してＦＧリング磁石３が回転自在に支持されている。
【００１４】
ＦＧリング磁石３は、たとえば、２極着磁（Ｎ，Ｓ）構造のもので、これら２つの磁極Ｎ，Ｓが前記固定子１の界磁マグネットを構成している複数のＮ極とＳ極に非接触で対向するマグネットカップリングを構成している。
【００１５】
前記スライダブロック８における左右一対の脚部８Ａ，８Ａの内側には、第１の直動案内１０を介してスライダ用フレーム１１が前記軸方向にのびて組み付けられている。このスライダ用フレーム１１の軸方向両端部は前記支持体６，６により水平に支持されている。前記第１の直動案内１０は、スライダ用フレーム１１の左右両端部において該スライダ用フレーム１１の全長にわたって上下に振り分けて設けられた一対２組のレール１０Ａ，１０Ａと、左右一対の脚部８Ａ，８Ａの内側に回転自在に支持されて前記一対２組のレール１０Ａ，１０Ａを上下方向両側から挟んで転動する複数個の転動輪１０Ｂ，１０Ｂとを備えている。
【００１６】
第２の可動子４は、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状のもので、ＦＧリング磁石３を挟んで該ＦＧリング磁石３の下側で前記固定子１に平行に配置され、ＦＧリング磁石３に非接触で対向するマグネットカップリングを構成しているとともに可動体５の上面に水平に固着されている。
【００１７】
なお、前記固定子１の磁極ピッチ（一番近い同極までの距離「Ｎ極←→Ｎ極の距離」または「Ｓ極←→Ｓ極」の距離）と、第２の可動子４の磁極ピッチ（一番近い同極までの距離、Ｎ極←→Ｎ極の距離またはＳ極←→Ｓ極の距離）およびＦＧリング磁石３の円周長さは同じ値に設定されている。
【００１８】
前記可動体５は、前記スライダ用フレーム１１の内側に第２の直動案内１２を介して前記軸方向の移動を自在に組み付けられている。第２の直動案内１２は、可動体５の左右両端部において該可動体５の全長にわたって上下に振り分けて設けられた一対２組のレール１２Ａ，１２Ａと、スライダ用フレーム１１の内側に回転自在に支持されて前記一対２組のレール１２Ａ，１２Ａを上下方向両側から挟んで転動する複数個の転動輪１２Ｂ，１２Ｂとを備えている。
【００１９】
前記構成において、第１の可動子２の電機子コイル（不図示）に通電すると、コイルの通電と、該電機子コイルを貫通している固定子１の界磁マグネットが形成する磁界との相互作用により、第１の可動子２を棒状の固定子１に沿って進退移動させることができる。つまり、固定子１と前記第１の可動子２とによって構成されているリニアモータ７の起動によって、第１の可動子２およびスライダブロック８をたとえば図１の矢印Ｘ方向に前進させることができる。
【００２０】
前述のように、固定子１の磁極ピッチと、第２の可動子４の磁極ピッチおよびＦＧリング磁石３の円周長さが同じ値である条件下で、第１の可動子２およびスライダブロック８を図１の矢印Ｘ方向に前進させると、スライダブロック８に取付けられているＦＧリング磁石３も前進する。これにより、固定子１の交互に並んでいるＮ極とＳ極と、ＦＧリング磁石３の２つの磁極Ｎ，Ｓとの間に生じる吸引・反発作用によって、ＦＧリング磁石３は反時計まわりに回転する。
【００２１】
たとえば、図３の実線で示す固定子１のＮ極の中央（Ｐ１位置）にＦＧリング磁石３のＳ極が対応している待機状態から、ＦＧリング磁石３が矢印Ｘ方向に前進して、一点鎖線で示すように、固定子１のＮ極とＳ極との境界（Ｐ２位置）まで移動する過程では、固定子１のＮ極とＦＧリング磁石３のＳ極との吸引力がＰ１位置よりも小さくなる反面、固定子１のＳ極とＦＧリング磁石３のＮ極との吸引力がＰ１位置よりも大きくなって、ＦＧリング磁石３は反時計まわりに９０度回転する。さらに、ＦＧリング磁石３が矢印Ｘ方向に前進して、二点鎖線で示すように、固定子１のＳ極の中央（Ｐ３位置）まで移動する過程では、固定子１のＳ極とＦＧリング磁石３のＮ極との吸引力がＰ２位置よりも大きくなるとともに、固定子１のＳ極とＦＧリング磁石３のＳ極との間に生じる反発力によって、ＦＧリング磁石３は反時計まわりにさらに９０度回転する。
【００２２】
一方、前記図３の実線で示す固定子１のＮ極の中央（Ｐ１位置）にＦＧリング磁石３のＳ極が対応している待機状態で、たとえば、図４（ａ）に示すように、第２の可動子４のＳ極の中央（Ｐ１位置）にＦＧリング磁石３のＮ極が対応しているとすると、ＦＧリング磁石３が矢印Ｘ方向に前進して、図３のＰ２位置まで移動し、かつ反時計まわりに９０度回転することで、図４（ａ）のＦＧリング磁石３のＮ極に第２の可動子４のＳ極が吸引されて、第２の可動子４は、ＦＧリング磁石３の前進移動量（Ｐ１位置からＰ２位置までの距離）＋ＦＧリング磁石３の１／４円周長さに相当する距離だけ前進して、図４（ｂ）で示す位置まで移動する。さらに、ＦＧリング磁石３が矢印Ｘ方向に前進して、図３のＰ３位置まで移動し、かつ反時計まわりに９０度回転することで、図４（ｂ）のＦＧリング磁石３のＳ極に第２の可動子４のＮ極が吸引されて、第２の可動子４は、ＦＧリング磁石３の前進移動量（Ｐ２位置からＰ３位置までの距離）＋ＦＧリング磁石３の１／４円周長さに相当する距離だけ前進して、図４（ｃ）で示す位置まで移動することになる。
【００２３】
すなわち、第２の可動子４には、ＦＧリング磁石３が第１の可動子２とともに前進する作用と、ＦＧリング磁石３の回転作用との両作用が相乗的に働いて、第２の可動子２と可動体５は、第１の可動子２およびＦＧリング磁石３の前進距離にＦＧリング磁石３の円周方向の移動距離を加えた量に増量されて高速（倍速）で進退移動することになる。
【００２４】
本実施形態においては、固定子１の磁極ピッチ（一番近い同極までの距離「Ｎ極←→Ｎ極の距離」または「Ｓ極←→Ｓ極」の距離）と、第２の可動子４の磁極ピッチ（一番近い同極までの距離、Ｎ極←→Ｎ極の距離またはＳ極←→Ｓ極の距離）およびＦＧリング磁石３の円周長さが同じ値に設定されているので、図５（ａ）の位置で第１の可動子２、スライダブロック８、ＦＧリング磁石３、第２の可動子４（不図示）および可動体５が待機している状態から、図５（ｂ）の位置まで第１の可動子２（不図示）、スライダブロック８およびＦＧリング磁石３が距離ｌだけ前進すると、第２の可動子４（不図示）と可動体５の前進距離は２倍（２ｌ）に増量されて２倍の速度で図５（ｂ）の位置まで前進し、図５（ｂ）の位置から図５（ｃ）の位置まで第１の可動子２、スライダブロック８およびＦＧリング磁石３が距離Ｌだけ前進すると、第２の可動子４と可動体５の前進距離は２倍（２Ｌ）に増量されて２倍の速度で図５（ｃ）の位置まで前進することになる。
【００２５】
一方、図５（ｃ）の状態から、図５（ｂ）の位置まで第１の可動子２、スライダブロック８およびＦＧリング磁石３が後退すると、第２の可動子４と可動体５は２倍の移動量と２倍の速度で図５（ｂ）の位置まで後退し、図５（ｂ）の状態から、図５（ａ）の位置まで第１の可動子２、スライダブロック８およびＦＧリング磁石３が後退すると、第２の可動子４（不図示）と可動体５は２倍の移動量と２倍の速度で図５（ａ）の位置まで後退することになる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアモータ駆動式倍速進退移動装置は構成されているので、以下のような格別な効果を奏する。
【００２７】
すなわち、従来の進退移動装置で必要とされていたメカ的な増量・増速機構を不要にした簡単な構造によって、増量・増速させることができるので、増量・増速機構の設置スペースが不要になり、不要になった設置スペースに相当して装置を小型化できるとともに、増量・増速機構の重量に相当して装置重量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す全体側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図３】ＦＧリング磁石の作動説明図である。
【図４】第２の可動子と可動体の作動説明図である。
【図５】全体の作動説明図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 第１の可動子
３ ＦＧリング磁石
４ 第２の可動子
５ 可動体
７ リニアモータ

Claims (1)

1. Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の固定子と、この固定子に外嵌される電機子コイルを有しているとともに、該固定子に沿って進退移動可能な第１の可動子とからなるリニアモータを備え、前記固定子の界磁マグネットに吸引または反発される磁極を備え前記固定子に対向して前記第１の可動子に回転自在に取付けられたＦＧリング磁石と、このＦＧリング磁石を挟んで前記固定子に平行に配置されてＮ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の第２の可動子と、この棒状の第２の可動子を装着して進退移動自在に配置された可動体とを具備していることを特徴とするリニアモータ駆動式倍速進退移動装置。

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