JP2006136050A - リニアモーター - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度の高い磁石を用いることなく、簡素な構成で磁極ピッチの変動を抑え、高い搬送性能を確保することができるリニアモーターを提供する。
【解決手段】パイプ状部材２１の内部空間に同一寸法の磁石２４を複数収納してなる固定子２０と、中央に固定子２０が挿通される可動子３０とからなるリニアモーター１０である。磁石２４はパイプ状部材２１の内部に互いに反発しあうように収納されており、固定子２０は、隣り合う磁石２４同士の反発力により、磁石２４を等間隔に配置して均等な磁極ピッチを保つので、磁石２４の寸法精度を高めずに、簡素な構成で磁極ピッチの変動を抑え、磁石とコイルとの位相関係を一定に保つことができ、リニアモーター１０の製造コストを安価に抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、リニアモーターに関する。

ＯＡ機器における印字ヘッドや露光操作ヘッド、医療機器における露光操作手段等の搬送精度が要求される部位には、リニアモーターを利用することが提案されている。リニアモーターを利用した機器の一例として、放射線画像読取装置がある。

Ｘ線画像のような放射線画像は、病気診断などに多く用いられている。従来では、このような放射線画像を得るために、被写体を通過したＸ線を蛍光体層（蛍光スクリーン）に照射し、これにより可視光を生じさせてこの可視光を通常の写真を撮るときと同じように銀塩を使用したフィルムに照射して現像した、いわゆる放射線写真が利用されていた。しかし、近年銀塩を塗布したフィルムを使用しないで蛍光体層から直接画像を取り出す手法が工夫されるようになった。

この手法の一例としては、患者などの被写体を透過した放射線を蛍光体に吸収せしめ、しかる後、この蛍光体を例えば、光又は熱エネルギーで励起することによりこの蛍光体が上記吸収により蓄積している放射線エネルギーを蛍光として放射せしめ、この蛍光を検出して画像化するものがある。支持体上に輝尽性蛍光体層を形成した輝尽性蛍光体プレートを使用するもので、この輝尽性蛍光体プレートの輝尽性蛍光体層に被写体を透過した放射線を当てて、被写体各部の放射線透過度に対応する放射線エネルギーを蓄積させて潜像を形成し、しかる後に、この輝尽性蛍光体層を輝尽励起光で走査することによって、各部の蓄積された放射線エネルギーを放射させて、これを光に変換し、この光の強弱をフォトマルチプライヤーなどの光電変換手段を介して画像信号に変換して、デジタル画像データとして放射線画像を得るものである。

このようなデジタル画像データに基づいて、銀塩フィルムに画像形成が行われ、あるいはＣＲＴ等に画像が出力されて可視化される。また、デジタル画像データは、半導体記憶装置、磁気記憶装置、光ディスク記憶装置等の画像記憶装置に格納され、その後、必要に応じてこれら画像記憶装置から取り出されて銀塩フィルム、ＣＲＴ等を介して可視化することができる。

ところで、輝尽性蛍光体プレートを輝尽励起光で走査する場合に、輝尽性蛍光体プレートに対して画像読取部（光学ユニット）を一定の速度で精密に相対移動させなければならない。すなわち、搬送体における等速性が要求されており、高性能な速度制御を行うことが必要とされている。

このため、従来技術においては、搬送体の駆動源としてリニアモーターと、ガイド部材によって輝尽性蛍光体プレートを案内しつつ輝尽性蛍光体プレートを画像読取部に対して移動させる画像読取装置が知られており、これによって搬送体を滑らかに移動させている（例えば、特許文献１参照）。

リニアモーターとしては、例えば、特許文献２等に記載されているように、中心に貫通孔のある円筒磁石を用い、複数の円筒磁石の貫通孔に中心軸を通すとともに、これをパイプ状部材に挿入して固定子（シャフト）を作成し、固定子に沿ってコイルを備える可動子を移動可能に配置したシャフト型リニアモーターがある。このようなシャフト型リニアモーターは、従来の平板状磁石を用いたリニアモーターに比べ、速度性能や省スペースという点でＯＡ機器等における精密搬送に適している。
特開２００３−２４８２７６号公報 特開平１０−３１３５６６号公報

ところで、固定子の磁極ピッチにバラツキがあるとコイルと磁石との位相関係が一定とならないため搬送性能に影響を及ぼすこととなる。そのため、磁極ピッチの変動を抑える必要があり、従来は磁石の最大寸法公差を小さくし、磁石長の変動を抑えることで磁極ピッチの変動を抑えていた。しかし、寸法精度の高い磁石を用いると、リニアモーターの製造コストが高くなってしまうという問題があった。

また、寸法精度の低い磁石を用いながら、固定子の機械的な構成により均等な磁極ピッチを実現する場合には、固定子の生産設備に磁極の測定手段や調整機構を必要とすることとなり、組み立て工数や部品コストが高価となる。

一方、固定子の磁極ピッチにバラツキがある場合に、可動子にホール素子を用いて磁極検出を行い、コイルの制御にフィードバックをかけて位相関係を電気的に補償することで搬送の際の等速性、安定性を保つ方式もある。しかしこの方式では、制御が複雑となり機構も高価となってしまう。

本発明の課題は、寸法精度の高い磁石を用いることなく、また生産設備に磁極の測定手段や調整機構を必要とすることなく、簡素な構成で磁極ピッチの変動を抑え、高い搬送性能を確保することができるとともに、安価なリニアモーターを提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図２に示すように、パイプ状部材２１の内部空間に同一寸法の磁石２４を複数収納してなる固定子２０と、中央に前記固定子２０が挿通される可動子３０とからなるリニアモーター１０において、前記磁石２４は前記パイプ状部材２１の内部に互いに反発しあうように収納されており、前記固定子２０は、隣り合う磁石２４同士の反発力により、磁石２４を等間隔に配置して均等な磁極ピッチを保つことを特徴とする。

ここで、磁極ピッチとは、隣り合う磁石２４が互いに反発しあうようにＮ極またはＳ極同士を向かい合わせて収納された固定子の、Ｎ極とＳ極との間隔である。

請求項１に記載の発明によれば、隣り合う磁石２４同士の反発力により、磁石２４を等間隔に配置して、均等な磁極ピッチを保ち、磁極ピッチの変動を抑え、磁石とコイルとの位相関係を一定に保つことができ、高い搬送性能を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアモーター１０であって、前記パイプ状部材２１の内部空間の軸方向の寸法は、磁石２４の軸方向の設計寸法と最大寸法公差とを磁石２４の数だけ累積加算した寸法であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、パイプ状部材２１の内部空間に所定の数の磁石２４を確実に収納することができ、固定子２０の磁極ピッチを磁石２４の軸方向の設計寸法に最大寸法公差を加えた値とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のリニアモーターであって、前記磁石２４の軸方向の設計寸法は所望の磁極ピッチから最大寸法公差を減算した寸法であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、磁石２４の設計寸法と最大寸法公差とに基づいて所望の磁極ピッチを得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアモーター１０であって、前記磁石２４の外形は円柱形状であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、磁石２４の外形が円柱形状であるので、円筒形のパイプ状部材２１の内部に効率よく磁石２４を収納することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアモーター１０であって、前記磁石２４は希土類磁石であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、磁力が強い希土類磁石を用いることで、他の磁石に比べて高い推力を得ることができるので、磁石２４を小さくして固定子２０を細くし、リニアモーター１０を小型化することができる。

本発明によれば、隣り合う磁石同士の反発力により、磁石を等間隔に配置して、均等な磁極ピッチを保つので、磁石の寸法精度を高めずに、簡素な構成で磁極ピッチの変動を抑え、磁石とコイルとの位相関係を一定に保つことができ、高い搬送性能を確保することができるとともに、リニアモーターの製造コストを安価に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されない。

図１は本発明の適用された放射線画像読取装置１である。放射線画像読取装置１は、光学ユニット５、搬送台３、リニアモーター１０、直動ガイド４、リニアエンコーダ７、プレート支持部６とを主な構成要素とし、これらを支持するベース２と、これらを覆う外装カバー８とから概略構成されている。なお、本実施の形態では、リニアモーター１０により光学ユニット５を搬送する構成の放射線画像読取装置１について説明するが、本発明はこれに限らず、後述する輝尽性蛍光体プレート９を搬送する構成としてもよい。

ベース２の上部には、リニアモーター１０、搬送台３、直動ガイド４、リニアエンコーダ７、光学ユニット５、プレート支持部６等が設けられている。

リニアモーター１０は、棒状の固定子２０と、可動子３０とからなる。固定子２０はパイプ状部材２１の内部に複数個の磁石２４を隣り合う磁石２４同士が互いに反発しあうように収納しており、両端を固定子保持部４０に保持されてベース２と平行に固定されている。また固定子２０は可動子３０の中央に挿通されている。

可動子３０は搬送台３の下面に固定されている。可動子３０の内部にはコイルが収納されている。コイルとしては複数相、例えば三相からなるコイル群を用いることができるが、これに限定されない。また、可動子３０には固定子２０を挿通させる挿通孔が設けられている。コイルに電流を流すと、可動子３０は固定子２０に収納された磁石２４と反発する磁力を得て、固定子２０の軸方向に移動する。

搬送台３は、光学ユニット５を支持しており、下面に固定された可動子３０とともに固定子２０の軸方向へ移動する。直動ガイド４は、ベース２上に固定子２０と平行に配設され、搬送台３の移動を補助する。リニアエンコーダ７は、ベース２上に固定子２０と平行に配設されたスケール７１と、搬送台３に設けられ、一定の間隔を保ちつつスケール７１に沿って移動するヘッド７２とからなる。リニアエンコーダ７は搬送台３の位置検出手段として用いる。

光学ユニット５は、レーザ光を光学ユニット５の移動方向と直交する方向に走査させながら輝尽性蛍光体プレート９に対して照射するレーザ光照射装置（図示せず）と、レーザ光照射装置により輝尽性蛍光体プレート９にレーザ光が照射されることで励起された輝尽発光光を導く導光板５１と、導光板５１により導かれた輝尽発光光を集光する集光管５２と、集光管５２により集光された輝尽発光光を電気信号に変換する光電変換器５３とを有している。

なお、本発明の画像読取装置には、図示しないが光学ユニット５により放射線エネルギーの読取処理がなされた後、輝尽性蛍光体プレート９に残留する放射線エネルギーを放出させるために輝尽性蛍光体プレート９に対して消去光を照射する消去装置が設けられている。

プレート支持部６は、Ｘ線撮影された輝尽性蛍光体プレート９を、光学ユニット５が移動する方向と平行に支持する。輝尽性蛍光体プレート９には、Ｘ線撮影により透過された潜像が記録されており、レーザ光照射装置によりレーザ光が照射され線量に応じた輝尽発光光を発する。輝尽発光光は光電変換器５３により光電変換され、デジタル画像データが得られる。得たデジタル画像データは、しかる手段により放射線画像として可視化することができる。

外装カバー８は、これらの装置を覆うように設けられている。外装カバー８には輝尽性蛍光体プレート９を装置内部に投入、または排出するための投入・排出口８１が設けられている。

ここで、リニアモーター１０の固定子２０についてさらに詳細に説明する。固定子２０は、図２に示すように、パイプ状部材２１と、キャップ２３と、複数の磁石２４とからなる。

パイプ状部材２１の材料としては、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼等の非磁性材料を用いることが好ましい。また、パイプ状部材２１は、その外側に配置される可動子３０に作用させる磁界を減少させないように、できるだけ薄いほうが好ましい。例えば、ステンレス鋼を用いて厚さ約１ｍｍのパイプ状部材２１を形成することができる。

パイプ状部材２１の両端は磁石２４をパイプ状部材２１の内部に収納するために開口しており、それぞれの開口を塞ぐキャップ２３が設けられている。キャップ２３はパイプ状部材２１と同様の非磁性体材料を用いて形成することができる。

パイプ状部材２１の内部には、複数の磁石２４が隣接する磁石と互いに反発するように同じ磁極を対向させて収納されているが、キャップ２３はパイプ状部材２１の両端部から磁石２４が反発力により抜け出ることを規制する。

磁石２４は、パイプ状部材２１に効率よく収納されるように円柱形状であることが好ましいが、外形が円柱形状であれば、中心に貫通孔が設けられた円筒形状の磁石を用いてもよい。磁石２４の材料としては、磁束密度の大きい希土類磁石が好ましい。特に、希土類磁石は、ネオジム系磁石、例えばネオジム−鉄−ボロン磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）が好ましく、他の磁石に比べて高い推力が得られる。

次に、パイプ状部材２１と収納される磁石２４との寸法関係について説明する。
磁石長は、同時に製造される（いわゆる同じ製造ロットの）磁石同士では発生する寸法誤差の傾向は同じ傾向となるが、異なる製造ロット同士では寸法誤差の傾向が異なることが多い。このため、ある製造ロットの磁石２４を収納した固定子２０と異なる製造ロットの磁石２４を収納した固定子２０のいずれにおいても同じ磁極ピッチが得られるように、磁石２４の長さを所定の長さに設定して製作している。
ここで、磁石長は、パイプ状部材２１の軸方向における長さを示す。

例えば、固定子２０の磁極ピッチを２０ｍｍにしたい場合に、一般に流通している磁石における磁石長の最大寸法公差が０．３ｍｍと規定されている場合には、磁石長の設計寸法を２０ｍｍ−０．３ｍｍ＝１９．７ｍｍとして製作させる。すると、実際に製作される磁石の磁石長は１９．４〜２０．０ｍｍとなる。

一方、パイプ状部材２１の磁石２４を収納する内部空間の軸方向の長さは、所望の磁極ピッチ（２０ｍｍ）×収納する磁石の個数（ｎ個）とする。なお、この長さは、磁石長の設計寸法（１９．７ｍｍ）と最大寸法公差（０．３ｍｍ）とを磁石の個数（ｎ個）だけ累積加算した寸法に等しい。
このように製作されたパイプ状部材２１に、製作した磁石長１９．７ｍｍ±０．３ｍｍの磁石２４を、隣り合う磁石２４が互いに反発しあうように収納する。

ある製造ロットにおける磁石長が最大寸法である２０．０ｍｍの場合には、この製造ロットの磁石２４をパイプ状部材２１に収納すると、隣り合う磁石２４は隙間なく収納される。このとき磁極ピッチは２０．０ｍｍとなる。

また、ある製造ロットの磁石長が２０．０ｍｍよりも短い場合には、この製造ロットの磁石２４をパイプ状部材２１に収納すると、隣り合う磁石２４は互いの反発力により、等間隔（０．６ｍｍ以下）の隙間を空けて収納される。このときも磁極ピッチは２０．０ｍｍとなる。

このように、パイプ状部材２１の磁石２４を収納する内部空間の長さを、所望の磁極ピッチと収納する磁石の個数の乗算値とするとともに、磁石２４の磁石長をその最大寸法公差分、磁極ピッチよりも短い設計寸法に規定することで、寸法精度の高い磁石２４を用いずに磁極ピッチの変動を抑えることができることとなり、用いる磁石２４の異なる製造ロット間に生じる寸法誤差傾向のバラツキに関係なく、磁極ピッチの変動を抑えた固定子２０を得ることができる。これにより、各磁石２４と可動子３０のコイルとの位相関係が一定となり安定した推力が得られるため、高い搬送精度を得ることができる。

また、磁石２４の代わりに、図３に示すように、軸方向の長さが短い磁石２４１を所定数（例えば図３では５つ）連結して構成した磁石体２４０を用いてもよい。なお、１つの磁石体２４０を構成する磁石２４１の磁極の向きは同一方向にそろえる。そして、隣り合う磁石体２４０同士は互いに反発するように、Ｎ極同士、またはＳ極同士を向かい合わせて配置する。

そして、磁石２４１の設計寸法は、以下の式を満たすように規定する。
（設計寸法＋最大寸法公差）×Ｎ＝所望の磁極ピッチ、すなわち、
設計寸法＝所望の磁極ピッチ÷Ｎ−最大寸法公差
ここで、Ｎは磁石体２４０に用いる磁石２４１の数である。

例えば、図３の場合では、磁極ピッチを２０ｍｍにしたい場合に、磁石２４１の最大寸法公差が０．０６ｍｍである場合には、磁石２４の設計寸法を、２０ｍｍ÷５−０．０６ｍｍ＝３．９４ｍｍとすることで、磁石２４１を５つ合わせて磁石長１９．７ｍｍ±０．３ｍｍの磁石体２４０が得られる。したがって、磁石体２４０を一体に形成した場合と同様の効果が得られる。

以上の実施の形態においては放射線画像読取装置１について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＯＡ機器や医療機器における精密搬送装置に適用してもよいことはもちろんである。

本発明が適用された放射線画像読取装置を示す概略斜視図である。 本発明のリニアモーターの固定子を示す断面図である。 図２の固定子に用いられる磁石体を示す概略図である。

符号の説明

１０ リニアモーター
２０ 固定子
２１ パイプ状部材
２４ 磁石
３０ 可動子

Claims (5)

1. パイプ状部材に同一寸法の磁石を複数収納してなる固定子と、中央に前記固定子が挿通される可動子とからなるリニアモーターにおいて、
   前記パイプ状部材には隣り合う前記磁石同士が互いに反発しあうように収納されており、
   前記固定子は、隣り合う磁石同士の反発力により、磁石を等間隔に配置して均等な磁極ピッチを保つことを特徴とするリニアモーター。
2. 前記パイプ状部材の内部空間の軸方向の寸法は、磁石の軸方向の設計寸法と最大寸法公差とを磁石の数だけ累積加算した寸法であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモーター。
3. 前記磁石の軸方向の設計寸法は所望の磁極ピッチから最大寸法公差を減算した寸法であることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモーター。
4. 前記磁石の外形は円柱形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアモーター。
5. 前記磁石は希土類磁石であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアモーター。

Images