JP2006280125A - リニアモータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 断面積が小さく軽量で、剛性が高く、コンパクトなリニアモータアクチュエータを提供する。
【解決手段】 中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材１６であって、筒形状の一部に移動ブロック４０の幅よりも狭い開口部１５を有する断面形状を有し、筒内面の筒軸方向に移動ブロック４０を案内する案内部（転動溝１４等）を有する軌道部材１６と、案内部（転動溝１４等）に案内されて軌道部材１６内を筒軸方向に移動する移動ブロック４０と、軌道部材１６内面に存在して磁力を発生する第１の磁石１８と、移動ブロック４０側に存在して磁力を発生する第２の磁石（電機子４６等）とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動対象を案内する運動案内部を備えたリニアモータアクチュエータに関する。

近年、機械製品や電子製品の組立加工の分野において更なる自動化が推進されている。その組立加工を自動化するにあたって直動式のロボットを用いると、組立加工機の機構部及び制御の面で設計が容易になるために、製品の企画から販売までのサイクルが短い製品に対しても組立加工工程の自動化を推進することができる。これにより製品の製造コストを低減させたり、高品質な製品を提供することが可能となる。

従来、外付けのサーボモータによりボールねじを駆動し、ボールねじに螺合させたボールナットによってボールねじの回動運動を直動運動に変換し、ボールナットを浮動機構を介して直動運動案内装置に保持させることによって、一軸のロボットを構成するアクチュエータが知られている。

また、チャネル状に形成された側壁部にボール転動溝が形成された軌道レールと、軌道レールの案内通路内を自在に往復動するテーブル構造体と、軌道レールに固定された界磁マグネットと、かかる界磁マグネットと相まってリニアモータを構成し、前記テーブル構造体に対して軌道レールの長手方向に沿った推力又はブレーキ力を及ぼす電機子とを備えたリニアモータアクチュエータが知られている（例えば特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載のリニアモータアクチュエータでは、リニアモータを構成する電機子及び界磁マグネットが、直動案内装置を構成するスライダ及び軌道レールと一体化して直動案内装置の内部に収まっているので、リニアモータアクチュエータをコンパクトに構成することができる。

また、特許文献１に記載の発明では、リニアモータがチャネル状に形成された軌道レールの外部に露呈していないので、リニアモータの輸送作業や、取付作業における取り扱いが容易となる。リニアモータアクチュエータの電機子は、テーブル構造体の結合天板に対して直接固定される一方、界磁マグネットも軌道レールの固定ベース部上に配設するのみであり、これらをテーブル構造体や軌道レールに取り付けるための特別なブラケット等を一切必要としないことから、リニアモータアクチュエータを安価に製作することが可能となっている。

また、他のリニアモータアクチュエータとして、ベッドやコラム等の固定部上に一対の直動案内装置を用いて前記可動体を往復動自在に支承すると共に、リニアモータを構成する固定子及び可動子を互いに対向するようにして固定部及び可動体に夫々取り付けたものが知られている（例えば特許文献２参照。）。

その他直動案内装置とリニアモータとを組み合わせた構成に関する発明として、特許文献３、特許文献４等が知られている。
特開２００４−３１２９８３号公報（第１−２図） 特開平１０−２９０５６０号公報（第１図） 特開２００１−２５２２９号公報（第２図） 特開２００４−２７４９５０号公報（第２図）

特許文献１に記載のリニアモータアクチュエータは、リニアモータを構成する電機子及び界磁マグネットが、直動案内装置を構成するスライダ及び軌道レールと一体化して直動案内装置の内部に収まっているので、他の特許文献２、特許文献３、又は特許文献４に記載のリニアモータアクチュエータよりもコンパクトに構成することができるという利点を有する。

また、リニアモータアクチュエータを用いる生産現場等では、組立加工機械の専有面積をできるだけ狭くし、組立加工機械の小型化によるコストダウンを図りたいという要望がある。高剛性を維持したまま更にコンパクトなリニアモータアクチュエータを提供するためには、上記の特許文献に記載されていない新たな設計を取り入れる必要がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、断面積が小さく、ねじり若しくは曲げに関する剛性が高く、コンパクトなリニアモータアクチュエータを提供することを目的としている。

また、本発明は、断面積が小さく、推力又は保持力が大きく、安価に製作し得るとともに、取り扱いが容易なリニアモータアクチュエータを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するための請求項１に記載のリニアモータアクチュエータは、中空の角柱又は円筒の中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材であって、筒形状の一部に前記移動ブロックの幅よりも狭い開口部を有する断面形状を有し、筒内面の筒軸方向に前記移動ブロックを案内する案内部を有する軌道部材と、前記案内部に案内されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動する移動ブロックと、前記軌道部材側内面に存在して磁力を発生する第１の磁石と、前記移動ブロック側に存在して磁力を発生する第２の磁石とを備え、前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロックを移動させるための推力を制御することが可能な電磁石であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記軌道部材の案内部は、ベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体が転動する複数の転動溝を有し、前記移動ブロックは、前記転動体を前記転動溝の反対側から保持する転動体案内溝を有し、前記転動体に支持されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記移動ブロックを複数有し、当該複数の移動ブロックを連結する連結部材を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記軌道部材の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの第１の断面内に前記案内部と嵌合する被案内部を有し、前記第１の断面内とは異なる第２の断面内に前記第２の磁石を配置したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、上記請求項２に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記軌道部材の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの第１の断面内に前記転動体案内溝を有し、前記第１の断面内とは異なる第２の断面内に前記第２の磁石を配置したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記軌道部材の筒軸と直交する同一断面内に、前記移動ブロックと前記第２の磁石とを配置したことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、上記請求項１ないし６に記載のリニアモータアクチュエータにおいて、前記軌道部材の全体を覆うとともに前記軌道部材の筒軸方向に伸縮自在な覆い部材を備えたことを特徴とする。

上記の目的を達成するための請求項８に記載のリニアモータアクチュエータは、中空の角柱又は円筒の閉鎖された中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材であって、筒内面の筒軸方向に前記移動ブロックを案内する案内部を有する軌道部材と、前記案内部に案内されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動する移動ブロックと、前記移動ブロックの変位を軌道部材の外部に伝達するマグネットカップリングと、前記軌道部材側内面に存在して磁力を発生する第１の磁石と、前記移動ブロック側に存在して磁力を発生する第２の磁石とを備え、前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロックを移動させるための推力を制御することが可能な電磁石であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、リニアモータアクチュエータの軌道部材として、中空の角柱又は円筒の中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材であって、筒形状の一部に前記移動ブロックの幅よりも狭い開口部を有する断面形状を有し、筒内面の筒軸方向に前記移動ブロックを案内する案内部を有する軌道部材を備えたので、軌道部材の断面形状を閉曲線に近くすることができ、軌道部材の断面二次モーメントを大きくすることが可能となる。したがって、断面積が小さく軽量でコンパクトながら、曲げ剛性及びねじり剛性が高いリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

また、請求項１の発明によれば、リニアモータアクチュエータにおける出力軸の開口部を狭くすることができるので、外部からゴミや異物が入りにくいリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。また、リニアモータや転動溝等を、Ｃ形断面等の筒形状をしている軌道部材の内部に設けたので、リニアモータアクチュエータの輸送作業や、取付作業における取り扱いが容易となる。また、移動ブロックが案内部で案内されて移動するので、第１の磁石及び第２の磁石への部材の接触がなく、取り扱い上安全である。

また、請求項１の発明によれば、軌道部材を中空の角柱又は円筒とすることによって、防塵用覆い部材の取り付けを容易にすることが可能となる。

また、請求項１の発明によれば、軌道部材の断面形状を実質的な円弧形状に形成したので、例えばパイプから軌道部材を製造することができるので、加工工程を単純化することが可能となり、安価なリニアモータアクチュエータを提供することができる。

また、請求項２の発明によれば、軌道部材の案内部にベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体が転動する複数の転動溝を設け、移動ブロックには転動体を転動溝の反対側から保持する転動体案内溝を設け、移動ブロックが転動体に支持されて軌道部材内を筒軸方向に移動するように構成したので、コンパクトなリニアモータアクチュエータの移動ブロックを円滑に移動させることができる。

また、請求項３の発明によれば、リニアモータアクチュエータ内に移動ブロックを複数設け、この複数の移動ブロックを連結する連結部材を設けたので、移動ブロックの案内剛性を向上させるとともに、コンパクトながら推力の大きなリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

また、請求項４及び５の発明によれば、リニアモータアクチュエータにおける軌道部材の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの第１の断面内に被案内部を備え、前記第１の断面内とは異なる第２の断面内に第２の磁石を配置したので、大きな磁石を用いることができ、推力又は保持力の大きなリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。また、電機子から発する熱を効果的に放熱することができるので、電機子の温度上昇をある程度押さえることができ、より多くの電流を電機子に流すことが可能となる。したがって推力又は保持力の大きなリニアモータアクチュエータとすることができる。

また、請求項６の発明によれば、リニアモータアクチュエータにおける軌道部材の筒軸と直交する同一断面内に、移動ブロックと第２の磁石とを配置したので、筒軸方向（長手方向）に対してコンパクトな小型のリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

また、請求項７の発明によれば、リニアモータアクチュエータにおける軌道部材の全体を覆うとともに、軌道部材の筒軸方向に伸縮自在な覆い部材を備えたので、アクチュエータとしての機能を保ったまま高い防塵効果を得ることが可能となる。更に、塵埃の多い環境下や研削液がかかるような環境下であっても使用可能なリニアモータアクチュエータを提供することができる。

また、請求項８の発明によれば、リニアモータアクチュエータの軌道部材として、中空の角柱又は円筒の閉鎖された中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材を備えたので、軌道部材の断面二次モーメントを大きくすることが可能となる。したがって、断面積が小さく、軽量、コンパクトながら、曲げ剛性及びねじり剛性が高いリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

また、請求項８の発明によれば、軌道部材の中空部を移動する移動ブロックの変位を、軌道部材の外部に伝達するためのマグネットカップリングを備えたので、リニアモータアクチュエータの開口部を無くすことが可能となる。したがって、特別に覆い部材を設けなくとも、外部からゴミや異物の混入を防止するリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

また、請求項８の発明によれば、パイプ材から軌道部材を製造することができるので、加工工程を簡単にし、安価なリニアモータアクチュエータを提供することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定するものではない。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図である。

同図に示すように、リニアモータアクチュエータ１０の軌道部材１６は、中空の角柱又は円筒等の筒形状の一部に移動ブロック４０の幅よりも狭い開口部１５を有するＣ形断面の筒形状を有し、筒内面の筒軸方向に移動ブロック４０を案内する案内部（転動溝１４等）を有する筒形状をしている。

リニアモータアクチュエータ１０は、前記軌道部材１６を両端から固定するハウジング３０、３２と、前記案内部と嵌合させることが可能な被案内部（転動体案内溝４２等）を備えることによって軌道部材１６の筒軸方向に対して移動自在な移動ブロック４０とを備えている。

前記案内部には、案内部と被案内部とが嵌合するすべり軸受けを用いてもよいし、転がり軸受けを用いてもよい。同図に示す例では、案内部として、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４を用いている。

移動ブロック４０は、前記転動体１２を前記転動溝１４の反対側から保持して案内する転動体案内溝４２（被案内部の一形態）と、前記転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４とを有しており、軌道部材１６の筒軸方向に対して移動自在な構成としている。

軌道部材１６の内部には、軌道部材１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８（第１の磁石の一形態）と、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いる光学式や磁気式等のスケール２０とを備えている。

移動ブロック４０側には、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して、軌道部材１６の筒軸方向に推力を生じさせるための磁力を発生する電機子４６（第２の磁石の一形態）と、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いる光学式や磁気式等の読取装置であるエンコーダヘッド４８と、軌道部材１６の開口部１５から移動ブロック４０の変位を駆動対象物に伝達するスライダ５０と、移動ブロック４０とスライダ５０とを連結する連結部材５２とを備えている。

図１に示す例では、前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロック４０を移動させるための推力を制御することが可能な電磁石である。いずれか一方に永久磁石を用いるようにしてもよい。

移動ブロック４０の無限循環路４４には、転動体１２と、ベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体１２の外周面に合った形状を有して転動体１２を保持するとともに、隣り合う転動体１２同士の接触による抵抗や摩耗を減少させるリテーナ５４が配置されている。なお、用途に応じてリテーナ５４を省略するようにしてもよい。

移動ブロック４０の両端には、無限循環路４４等を保持するエンドプレート６０、６２が設けられている。このエンドプレート６０に、ケーブル６４を固定するケーブルクランパ６６（図３参照）を設けるようにしてもよい。ケーブル６４は、エンコーダヘッド４８や磁極センサ７２に供給する電力及び出力される出力信号、電機子４６に供給する電力等を伝達するものである。ケーブルクランパ６６により移動ブロック４０側に固定されたケーブル６４の他端は、ハウジング３０に設けたコネクタに接続されている。

図１に示す例では、リニアモータアクチュエータ１０の出力軸となるスライダ５０は、ベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体１２により軌道部材１６の筒軸方向の軸に対して移動自在に支持されている。したがって、磁石１８、電機子４６、ヨーク４７、磁極センサ７２、スケール２０、エンコーダヘッド４８等から構成されるリニアモータが推力を発生することによって、直接スライダ５０と接続した駆動対象物に対して、位置又は速度の制御を行うことが可能となる。

同図に示すリニアモータアクチュエータ１０のハウジング３０、３２を牽引用車両（トラクタ）の後部に取り付けることによって、スライダ５０に設けられているヒッチボール（球形の突出部）を牽引用車両（トラクタ）のスライド式の第５軸とする用途に用いることが可能である。

この用途に用いる場合には、牽引車両（トレーラ）のカプラをリニアモータアクチュエータ１０のヒッチボールに連結して、右折又は左折時における牽引車両（トレーラ）の後輪の内輪差を減少させ、後退時には牽引車両（トレーラ）の回頭性を向上させるために、牽引用車両（トラクタ）のハンドルの切角等に応じてスライダ５０を左右に移動させる。

図２は、図１に示した第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ１０のＡ−Ａ’断面を示す図である。

図１のＡ−Ａ’断面は、軌道部材１６の筒軸と直交する断面である。図２に示す実施例は、軌道部材１６の筒軸と直交する同一断面内に、移動ブロック４０と電機子４６（第２の磁石）とを配置した実施例である。

図２に示すように、リニアモータアクチュエータ１０の軌道部材１６は、筒形状の一部を切除した形状の開口部１５を有するＣ形断面の筒形状を有している。軌道部材１６の内部には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４を有している。

同図に示す例では、転動体１２が軌道部材１６の転動溝１４にボール１個あたり２カ所で接触するようにして、２列の転動体循環系を用いて２方向の荷重を支える２列ゴシックアーチ接触構造としている。本発明は２列の転動溝１４を設けた例に限定するものではなく、１列のボール転動体あたり１方向の力を支持する転動体循環系を、支持方向が互いに直角となるように４列設けて、２方向の荷重を支える４列サーキュラー接触構造を用いるようにしてもよい。また、アンギュラコンタクトの形式による２条の転動溝を２カ所（合計転動溝を４カ所）設けるようにしてもよいし、４カ所以上設けるようにしてもよい。

なお、軌道部材と移動ブロックとの間に転動体を介在させずに、移動ブロックを軌道部材に対してすべり運動させる構成とすることも可能である。

同図に示すように移動ブロック４０は、転動体１２を案内する転動体案内溝４２と、転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４とを有している。軌道部材１６の内面には、軌道部材１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８を設けてある。また、軌道部材１６の内面には、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いるスケール２０を備えている。

同図に示すように移動ブロック４０は、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して軌道部材１６の筒軸方向に推力を生じさせるための磁力を発生する複数の電機子４６と、電機子４６が発生させた磁力線を通すヨーク４７と、電機子４６から発生する熱を移動ブロック４０に伝達させないようにする断熱材７０とを備えている。

また、移動ブロック４０には、移動ブロック４０とリニアモータアクチュエータ１０外部の機器とを接続するスライダ５０と、スライダ５０と移動ブロック４０とを連結する連結部材５２とが固定されている。

図２に示すように、本発明のリニアモータアクチュエータ１０では、軌道部材１６が移動ブロック４０を取り囲む構成としているので、仮に転動体１２が軌道部材１６の転動溝１４から脱落した場合であっても、移動ブロック４０が軌道部材１６から抜けることがない。

図３は、図２に示した第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ１０のＢ−Ｂ’断面を示す図である。

同図に示すように、リニアモータアクチュエータ１０の軌道部材１６内面には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４を設けてある。したがって、移動ブロック４０は軌道部材１６の内部を筒軸方向に対して円滑且つ自在に移動することが可能となっている。

軌道部材１６の内部には、軌道部材１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８と、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いるスケール２０とを備えている。

移動ブロック４０は、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して軌道部材１６の筒軸方向に推力を生じさせるための磁力を発生する複数の電機子４６と、電機子４６が発生させた磁力線を通すヨーク４７と、電機子４６から発生する熱を移動ブロック４０に伝達させないようにする断熱材７０とを備えている。また、移動ブロック４０は、移動ブロック４０とリニアモータアクチュエータ１０外部の機器とを接続するスライダ５０と、スライダ５０と移動ブロック４０とを連結する連結部材５２とを備えている。

移動ブロック４０には、転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４と、無限循環路４４等を保持するエンドプレート６０、６２を設けてある。また、同図に示す例では、移動ブロック４０のエンドプレート６２には、移動ブロック４０側の移動量を計測するエンコーダヘッド４８を取り付けてある。

また、移動ブロック４０のエンドプレート６０には、磁石１８が発生する磁力を測定する磁極センサ７２を取り付けてある。磁極センサ７２の取り付け位置は、図３に示す位置に限定するものではなく、磁石１８の磁極を検出することが可能な位置であればどこでもよい。また、いわゆる力率検知などの方法によって磁石１８と電機子４６の位置を確定して使用する場合には、磁極センサ７２を省くことが可能であるので、リニアモータアクチュエータ１０を更に小型化することができる。

移動ブロック４０には、エンコーダヘッド４８や磁極センサ７２、電機子４６に接続するケーブル６４を、移動ブロック４０側に固定するケーブルクランパ６６を設けてある。

ケーブルクランパ６６から出る各種のケーブル６４は、巻き取り式のケーブルベア６８等を介してハウジング３０に設けたコネクタに接続してある。なお、同図には示していないが、リニアモータアクチュエータ１０内にエンコーダ用の原点センサや、駆動のリミットスイッチを設けるようにしてもよい。

また、同図に示すように、推力を発生するヨーク４７は、断熱材７０を介して筒軸方向に自在に移動する移動ブロック４０に取り付けられている。移動ブロック４０には、連結部材５２を介してスライダ５０が取り付けられているので、ヨーク４７に発生した推力によって、スライダ５０は筒軸方向に移動し、位置又は速度の制御を行うことが可能となっている。

なお、同図に示すスライダ５０に対して位置又は速度の制御を行う場合には、リニアモータアクチュエータ１０に、例えば複数の電機子４６をサーボ制御するための制御電力を出力するドライバ（図示せず）を接続することによって実現する。

ドライバには、エンコーダヘッド４８が出力する位置情報や磁極センサ７２が出力する磁石の位置情報を入力するとともに、位置指令や速度指令を出力する上位のコンピュータ若しくはシーケンサ等を接続しておく。

ドライバに上位のコントローラ等から位置指令に関する情報若しくは速度指令に関する情報が入力されると、ドライバはエンコーダヘッド４８が出力する位置情報や磁極センサ７２が出力する磁石の位置情報に基づいて、制御用の駆動電流を各電機子４６に出力して、スライダ５０の位置又は速度を制御する。

図４は、本発明の第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの筒形の軌道部材の断面形状と、従来のＵ字形の軌道部材の断面形状のとを比較した図である。

本発明の第１の実施形態における軌道部材１６の断面は、従来の軌道部材４１６と異なり、軌道部材１６の延長部１７が移動ブロック４０の上方まで張り出しているとともに、移動ブロック４０の幅よりも狭い開口部１５を有する部分に特徴がある。

これにより、軌道部材１６の断面形状が閉曲線に近くなり、コンパクトな外形寸法でありながら軌道部材１６の断面二次モーメントを大きくすることができる。このため、曲げ剛性、ねじり剛性等の剛性が高いリニアモータアクチュエータを得ることができる。

図５は、本発明の第１の実施形態における軌道部材１６と従来のＵ字形断面形状の軌道部材４１６とで、ｘｘ軸回りの断面二次モーメント「ＩＸ−Ｘ」を略一致させた場合の形状を比較したものである。同図の中で「ＡＲＥＡ」の値は、軌道部材の筒軸と直交する面の断面積を表し、この断面積の値は軌道部材の質量に比例する。

同図に示すように、軌道部材１６の断面形状を筒形状にすることによって、Ｕ字形断面状の軌道部材４１６と同じＸＸ軸回りの断面二次モーメントを得ようとした場合、断面積「ＡＲＥＡ」の値を約１／３まで低減することができる。このことは、剛性を維持しながら軌道部材の質量を約１／３まで低減することができるということである。

また、本発明のリニアモータアクチュエータでは、ＸＸ軸回りの断面二次モーメント「ＩＸ−Ｘ」及びＹＹ軸回りの断面二次モーメント「ＩＹ−Ｙ」のいずれも略等しい値とすることができるので、あらゆる方向の荷重に対しでも均等な曲げ剛性を得ることが可能となる。

図６は、本発明のリニアモータアクチュエータに防塵用の覆い部材を取り付けた状態を示す斜視図である。

同図は、リニアモータアクチュエータの筒軸方向に移動可能なスライダ５０に、リング状の覆い取付部材９０を取り付けた例を示している。そして、この覆い取付部材９０の両側に、軌道部材の筒軸方向に伸縮自在な蛇腹状の防塵用の覆い部材９２を取り付けている。

この覆い部材９２は、バンドや固定金具を介して覆い取付部材９０及びハウジング９４に取り付ける。覆い部材９２の材質として、ゴム、布、アルミ繊維等を用いることが可能である。

図７は、本発明の第２の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの、軌道部材の筒軸と直交する断面の図である。

図７に示すように、リニアモータアクチュエータ１１０の軌道部材１１６は、閉鎖された筒形状の断面形状を有し、軌道部材１１６のマグネットカップリングの磁力が通過する部分（外部マグネットカップリング９４と内部マグネットカップリング９６との間）は非磁性体で構成してある。

軌道部材１１６の内部には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４（案内部の一形態）を有している。同図に示す例では、転動溝１４は２カ所に設けてあるが、２条の転動溝を２カ所（合計転動溝を４カ所）設けるようにしてもよいし、４カ所以上設けるようにしてもよい。

図７に示す移動ブロック４０は、図１、図２、又は図３に示した移動ブロックと同様の構成を有している。また、同様に、軌道部材１１６の内面には、軌道部材１１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８を設けてある。また、軌道部材１１６の内面には、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いるスケール２０を備えている。

図７に示す移動ブロック４０の上部には、リニアモータアクチュエータ１１０の外部に駆動力を非接触で伝達するために、移動ブロック２４０等の変位を外部に伝達する内部マグネットカップリング９６を設けてある。内部マグネットカップリング９６は、軌道部材１１６の外部に向けて磁力線を放射している。

軌道部材１１６の外部には、内部マグネットカップリング９６が放射する磁力と吸引して、リニアモータアクチュエータ１１０の外部に設けたスライダ９８を駆動する外部マグネットカップリング９４を設けてある。なお、スライダ９８は、例えば真空中やクリーンルーム内でも使用可能なものであり、案内軸９９等に沿って案内されるものである。

図８は、図７に示したリニアモータアクチュエータ１１０のＢ１−Ｂ１’断面を示す図である。

図８に示すように、リニアモータアクチュエータ１１０の軌道部材１１６の内面には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４（案内部の一形態）を設けてある。また、軌道部材１１６の内部には、軌道部材１１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８と、移動ブロック４０側の移動量を計測する際に用いるスケール２０とを備えている。

移動ブロック４０は、軌道部材１１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して軌道部材１１６の筒軸方向に推力を生じさせるための複数の電機子４６と、電機子４６が発生させた磁力線を通すヨーク４７と、電機子４６から発生する熱を移動ブロック４０に伝達させないようにする断熱材７０とを備えている。

軌道部材１１６の外部には、内部マグネットカップリング９６が放射する磁力と吸引して、リニアモータアクチュエータ１１０の外部に設けたスライダ９８を駆動する外部マグネットカップリング９４を設けてある。

図８に示すように、リニアモータアクチュエータ１１０の軌道部材１１６を閉鎖された筒形状の断面形状とすることによって、軌道部材１１６内部と軌道部材１１６外部とを遮断することが可能となる。したがって、例えば真空雰囲気中での使用のように、転動体１２の潤滑剤の蒸発等による影響を避けたい分野への応用や、研削液や切屑などがふりかかる塵埃の多い分野への応用、異物の混入を避けたい食品加工等の分野への応用、クリーンルームを使用する種々の産業分野への応用が可能となる。

図９は、本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図である。

同図に示すように、リニアモータアクチュエータ２１０は、中空の角柱又は円筒等の筒形状の一部に移動ブロック２４０等の幅よりも狭い開口部１５を有するＣ形断面の筒形状を有するとともに、筒内面の筒軸方向に移動ブロック２４０等を案内する案内部（転動溝１４等）を有する筒形状の軌道部材１６と、軌道部材１６を両端から固定するハウジング３０、３２と、前記案内部と嵌合させることが可能な被案内部（転動体案内溝４２等）を備えることによって軌道部材１６の筒軸方向に対して移動自在な移動ブロック２４０等とを備えている。

前記案内部には、案内部と被案内部とが嵌合するすべり軸受けを用いてもよいし、転がり軸受けを用いてもよい。同図に示す例では案内部として、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４を用いている。

移動ブロック２４０又は移動ブロック２４１は、前記転動体１２を前記転動溝１４の反対側から保持して案内する転動体案内溝４２（被案内部の一形態）と、前記転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４とを備えることによって軌道部材１６の筒軸方向に対して円滑に移動自在な構成としている。また、移動ブロック２４０と移動ブロック２４１とは、断熱材２７０を介して連結部材２５２によって連結されている。

軌道部材１６の内部には、軌道部材１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８（第１の磁石の一形態）と、移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１側の移動量を計測する際に用いるスケール２０とを備えている。

移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１の中間には、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して軌道部材１６の筒軸方向に推力を生じさせるための磁力を発生する電機子２４６（第２の磁石の一形態）と、電機子２４６が発生させた磁力線を通すヨーク２４７とを設けてある。これらの電機子２４６及びヨーク２４７は、連結部材２５２に取り付けてある。

図９に示す例では、前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロック２４０等を移動させるための推力を制御することが可能な電磁石である。第１の磁石又は第２の磁石のいずれか一方に永久磁石を用いるようにしてもよい。

図９に示すように、本発明の第３の実施形態では、軌道部材１６の筒軸と直交する複数の断面のうちの第１の断面内に転動体案内溝４２等の被案内部を配置し、前記第１の被案内部を有する断面内とは異なる第２の断面内に前記第２の磁石を配置している。

また、同図に示す例では、第２の磁石を、移動ブロック２４０の転動体案内溝４２（被案内部）と移動ブロック２４１の転動体案内溝４２（被案内部）との間に配置した例で示しているが、本発明はこの実施例に限定するものではなく、第２の磁石を移動ブロック２４０と移動ブロック２４１の両側に設けるようにしてもよい。

また、移動ブロック２４０と移動ブロック２４１との、２つの移動ブロックが必ずしも必要ではなく、移動ブロック２４０又は移動ブロック２４１のうちのいずれか１つを用い、いずれかの移動ブロックの片側又は両側に前記第２の磁石を配置するようにしてもよい。

移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１の側には、移動量を計測する際に用いる光学式や磁気式等の読取装置であるエンコーダヘッド４８と、リニアモータアクチュエータ２１０外部の機器と接続して軌道部材１６の開口部１５から移動ブロック４０の変位を伝達するスライダ５０と、移動ブロック２４０、移動ブロック２４１及びヨーク２４７等をスライダ５０と連結する連結部材２５２とを備えている。

移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１の無限循環路４４には、転動体１２と、転動体１２の外周面に合った形状を有して転動体１２を保持するとともに、隣り合う転動体１２同士の接触による抵抗や摩耗を減少させるリテーナ５４が配置されている。

移動ブロック２４０の両端には、無限循環路４４等を保持するエンドプレート２６０、２６１が設けられている。同図に示す例では、エンドプレート２６０には、磁極センサ７２や電機子２４６と接続するケーブル６４を、移動ブロック２４０側に固定するケーブルクランパ６６を設けてある。ケーブルクランパ６６から出る各種のケーブル６４は、巻き取り式のケーブルベア６８等を介してハウジング３０に設けたコネクタに接続してある。

移動ブロック２４１の両端にも、同様に無限循環路４４等を保持するエンドプレート２６２、２６３が設けられている。図９に示す例では、エンコーダヘッド４８はエンドプレート２６３に取り付けてある。

図９に示すように、リニアモータアクチュエータ２１０の出力軸となるスライダ５０は、ベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体１２により軌道部材１６の筒軸方向に対して移動自在に支持されているので、磁石１８、電機子２４６、ヨーク２４７、磁極センサ７２、スケール２０、エンコーダヘッド４８等から構成されるリニアモータが推力を発生することによって、直接スライダ５０と接続した駆動対象物に対して、位置又は速度の制御を行うことが可能となる。

図１０は、図９に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ２１０のＣ−Ｃ’断面を示す図である。

図９のＣ−Ｃ’断面は、軌道部材１６の筒軸と直交する第２の断面と定義する。図１０に示す実施例は、軌道部材１６の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの、被案内部（例えば転動体案内溝４２等）を有さない第２の断面内に電機子２４６（第２の磁石）を配置した実施例である。

図１０に示すリニアモータアクチュエータ２１０の軌道部材１６は、筒形状の一部を切除した開口部１５を有するＣ形断面の筒形状を有しているが、図７に示したような閉鎖された筒形状の断面形状を採用してもよい。

図１０に示すように軌道部材１６の内部には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４（案内部の一形態）を有している。同図に示す例では、転動溝１４は２カ所に設けてあるが、２条の転動溝を２カ所（合計転動溝を４カ所）設けるようにしてもよいし、４カ所以上設けるようにしてもよい。

連結部材２５２には、電機子２４６が発生させた磁力線を通すとともに電機子２４６が発生した熱を伝達するヨーク４７が取り付けてある。電機子２４６は、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して、軌道部材１６の筒軸方向に推力を発生させることが可能となっている。また、電機子２４６から発生する熱は、ヨーク２４７と連結部材２５２とを介してスライダ５０に伝達され、リニアモータアクチュエータ２１０の外部に放射される。

図１１は、図９に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ２１０のＤ−Ｄ’断面を示す図である。

図９のＤ−Ｄ’断面は、軌道部材１６の筒軸と直交する第１の断面と定義する。図１１に示す実施例は、軌道部材１６の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの、第２の磁石（例えば電機子２４６等）を有さない第１の断面内に転動体案内溝４２（被案内部の一形態）を配置した実施例である。

図１１に示すように移動ブロック２４１は、転動体１２を案内する転動体案内溝４２（被案内部の一形態）と、転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４とを有している。

軌道部材１６の内面には、軌道部材１６の筒軸方向にわたり磁力線を交互に出力するための複数の磁石１８（第１の磁石の一形態）を設けてある。また、軌道部材１６の内面には、移動ブロック２４０側の移動量を計測する際に用いるスケール２０を備えている。

図１２は、図１０に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ２１０のＥ−Ｅ’断面を示す図である。

同図に示すように、リニアモータアクチュエータ２１０の軌道部材１６内面には、ベアリングボール又はベアリングローラ等の多数の転動体１２が筒軸方向に転動する複数の転動溝１４（案内部の一形態）を設けてあるので、移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１は、軌道部材１６の内部を筒軸方向に円滑且つ自在に移動することが可能となっている。

軌道部材１６の内部には、磁石１８（第１の磁石の一形態）と、移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１側の移動量を計測する際に用いるスケール２０とを備えている。

連結部材２５２側には、軌道部材１６に設けた磁石１８が出力する磁力を利用して軌道部材１６の筒軸方向に推力を生じさせるための磁力を発生する複数の電機子２４６と、電機子２４６が発生させた磁力線を通すヨーク２４７と、電機子２４６から発生する熱を移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１に伝達させないようにする断熱材２７０とが設けられている。

電機子２４６から発生する熱は、ヨーク２４７、連結部材２５２及びスライダ５０を介してリニアモータアクチュエータ２１０の外部へ放射される。したがって電機子２４６の温度上昇はある程度押さえることができるので、より多くの電流を電機子２４６に流すことが可能となり、推力の大きなリニアモータアクチュエータとすることができる。

移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１には、転動体１２を内部で循環させる無限循環路４４と、無限循環路４４等を保持するエンドプレート２６０、２６１、２６２、２６３とを設けてある。また、同図に示す例では、移動ブロック２４１側のエンドプレート２６３等には、移動ブロック２４１側の移動量を計測するエンコーダヘッド４８を取り付けてある。エンコーダヘッド４８は、移動ブロック２４１の下側に取り付けるようにしてもよい（図１２のエンコーダヘッド４８’参照。）。

また、移動ブロック２４０側のエンドプレート２６０には、磁石１８が発生する磁力を測定する磁極センサ７２を取り付けてある。磁極センサ７２の取り付け位置は、図１２に示す位置に限定するものではなく、磁石１８の磁極を検出することが可能な位置であればどこでもよい。リニアモータアクチュエータ２１０を、磁石１８の磁極に関してオープンループで使用する場合には、磁極センサ７２を省くことが可能である。また、磁極センサ７２を移動ブロック２４０の下側に取り付けるようにしてもよい（図１２の磁極センサ７２’参照。）。

また、同図に示すように、推力を発生するヨーク２４７は連結部材２５２に取り付けられており、この連結部材２５２には断熱材２７０を介して筒軸方向に自在に移動する移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１が取り付けられている。したがって、ヨーク２４７に発生した推力により、連結部材２５２に取り付けられているスライダ５０は筒軸方向に移動し、位置又は速度の制御を行うことが可能となっている。

図１０及び図１１に示すように、本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータ２１０も、軌道部材１６が移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１を取り囲む構成としているので、仮に転動体１２が軌道部材１６の転動溝１４から脱落した場合であっても、移動ブロック２４０及び移動ブロック２４１が軌道部材１６から抜けることがない。

なお、同図に示すリニアモータアクチュエータ２１０のスライダ５０に対して位置又は速度の制御を行う場合には、リニアモータアクチュエータ２１０に、例えば複数の電機子２４６をマイクロステップ制御するための制御電力を出力するドライバ（図示せず）を接続することによって実現する。

ドライバに上位のコントローラ等から位置指令に関する情報若しくは速度指令に関する情報が入力されると、ドライバはエンコーダヘッド４８が出力する位置情報や磁極センサ７２が出力する磁石の位置情報に基づいて、制御用の駆動電流を各電機子２４６に出力して、スライダ５０の位置又は速度を細かく制御する。

上記の第３の実施形態のリニアモータアクチュエータ２１０の場合も、図４に示した第１の実施形態と同様に、軌道部材１６の延長部１７が移動ブロック２４０又は移動ブロック２４１の上方まで張り出している形状に特徴がある。

これにより、軌道部材１６の断面形状が閉曲線に近くなり、コンパクトな外形寸法でありながら軌道部材１６の断面二次モーメントを大きくすることができる。このため、曲げ剛性、ねじり剛性等の剛性が高いアクチュエータを得ることができる。

また、軌道部材１６の断面形状を略筒形状にすることによって、軌道部材１６の断面二次モーメントを高く維持しつつ、断面積の値及び質量を低減することができる。また、あらゆる方向の荷重に対しでも均等な曲げ剛性を得ることが可能となる。

また、上記の第３の実施形態のリニアモータアクチュエータ２１０に対しても、前述の図６に示したものと同様の防塵用の覆い部材を取り付けることが可能である。

また、図７及び図８に示したように、上記の第３の実施形態のリニアモータアクチュエータ２１０の軌道部材１６を、閉鎖された筒形状の断面形状を有する軌道部材とするとともに、マグネットカップリングを用いて駆動対象物を制御するように構成することも可能である。この場合にも、軌道部材を閉鎖された筒形状の断面形状とすることによって、軌道部材内部と軌道部材外部とを遮断することができるので、例えば真空雰囲気中での使用、塵埃の多い環境下での使用、食品加工分野での使用、クリーンルーム内での使用などの用途に用いることが可能となる。

本発明によれば、小さい断面積ながら、ねじり剛性や曲げ剛性が高く、より軽量でコンパクトなリニアモータアクチュエータを提供することができる。したがって、例えば多関節ロボットの先端軸のように、リニアモータアクチュエータ自体が振り回される位置にも好適に用いることができる。

また、本発明によれば、塵埃の多い環境下、研削液がかかるような環境下、また、クリーンルーム内の清浄環境下であっても、リニアモータアクチュエータを使用することが可能となる。

本発明の第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図である。 図１に示した第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＡ−Ａ’断面を示す図である。 図２に示した第１の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＢ−Ｂ’断面を示す図である。 本発明の第１の実施形態の筒形断面形状の軌道部材と、従来のＵ字形断面形状の軌道部材とを比較した図である。 本発明の第１の実施形態における軌道部材と従来のＵ字形断面形状の軌道部材とで、ｘｘ軸回りの断面二次モーメント「ＩＸ−Ｘ」を略一致させた場合の形状を比較したものである。 本発明のリニアモータアクチュエータに防塵用の覆い部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの、軌道部材の筒軸と直交する断面の図である。 本発明の第２の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＢ１−Ｂ１’断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図である。 図９に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＣ−Ｃ’断面を示す図である。 図９に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＤ−Ｄ’断面を示す図である。 図１０に示した本発明の第３の実施形態におけるリニアモータアクチュエータのＥ−Ｅ’断面を示す図である。

符号の説明

１０、１１０、２１０ リニアモータアクチュエータ
１２ 転動体
１４ 転動溝（案内部の一形態）
１５ 開口部
１６、１１６ 軌道部材
１７ 延長部
１８ 磁石（第１の磁石の一形態）
２０ スケール
３０、３２ ハウジング
４０、２４０、２４１ 移動ブロック
４２ 転動体案内溝（被案内部の一形態）
４４ 無限循環路
４６、２４６ 電機子（第２の磁石の一形態）
４７、２４７ ヨーク
４８ エンコーダヘッド
５０ スライダ
５２、２５２ 連結部材
５４ リテーナ
６０、６２、２６０、２６１、２６２、２６３ エンドプレート
６４ ケーブル
６６ ケーブルクランパ
６８ ケーブルベア
７０、２７０ 断熱材
７２ 磁極センサ
９０ 覆い取付部材
９２ 覆い部材
９４ 外部マグネットカップリング
９６ 内部マグネットカップリング
９８ スライダ
９９ 案内軸
４１６ 軌道部材（従来の軌道部材）

Claims (8)

1. 中空の角柱又は円筒の中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材であって、筒形状の一部に前記移動ブロックの幅よりも狭い開口部を有する断面形状を有し、筒内面の筒軸方向に前記移動ブロックを案内する案内部を有する軌道部材と、
   前記案内部に案内されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動する移動ブロックと、
   前記軌道部材側内面に存在して磁力を発生する第１の磁石と、
   前記移動ブロック側に存在して磁力を発生する第２の磁石と、を備え、
   前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロックを移動させるための推力を制御することが可能な電磁石であることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
2. 前記軌道部材の案内部は、ベアリングボール又はベアリングローラ等の転動体が転動する複数の転動溝を有し、
   前記移動ブロックは、前記転動体を前記転動溝の反対側から保持する転動体案内溝を有し、前記転動体に支持されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータアクチュエータ。
3. 前記移動ブロックを複数有し、当該複数の移動ブロックを連結する連結部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータアクチュエータ。
4. 前記軌道部材の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの第１の断面内に前記案内部と嵌合する被案内部を有し、前記第１の断面内とは異なる第２の断面内に前記第２の磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータアクチュエータ。
5. 前記軌道部材の筒軸と直交する複数の相異なる断面のうちの第１の断面内に前記転動体案内溝を有し、前記第１の断面内とは異なる第２の断面内に前記第２の磁石を配置したことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータアクチュエータ。
6. 前記軌道部材の筒軸と直交する同一断面内に、前記移動ブロックと前記第２の磁石とを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータアクチュエータ。
7. 前記軌道部材の全体を覆うとともに前記軌道部材の筒軸方向に伸縮自在な覆い部材を備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のリニアモータアクチュエータ。
8. 中空の角柱又は円筒の閉鎖された中空部を移動ブロックが移動する筒形状の軌道部材であって、筒内面の筒軸方向に前記移動ブロックを案内する案内部を有する軌道部材と、
   前記案内部に案内されて前記軌道部材内を筒軸方向に移動する移動ブロックと、
   前記移動ブロックの変位を軌道部材の外部に伝達するマグネットカップリングと、
   前記軌道部材側内面に存在して磁力を発生する第１の磁石と、
   前記移動ブロック側に存在して磁力を発生する第２の磁石と、を備え、
   前記第１の磁石又は前記第２の磁石は、前記移動ブロックを移動させるための推力を制御することが可能な電磁石であることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
   

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