JP2007043768A - 円筒型リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 円筒型リニアモータにおいて、可動子の駆動時の反力により発生する振動の影響を低減する。
【解決手段】 円筒型リニアモータ１１は、円筒状のシャフト１２内に多数の永久磁石１３を直線状に並べて配置すると共に、シャフト１２の外側に、コイル１４を内蔵した可動子１５を該シャフト１２と同心状に配置し、コイル１２に通電することで可動子１５をシャフト１２に沿って直線駆動するように構成されている。シャフト１２内の各永久磁石１３の間には、振動減衰部材１８が挟み込まれている。この構成では、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動がシャフト１２内で振動減衰部材１８によって減衰されるため、可動子の駆動時の反力によりシャフト１２から支持ブラケット１７を介して機台１６に伝達される振動が低減され、従来の振動の問題が解消される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、振動減衰機能を内蔵した円筒型リニアモータに関する発明である。

特許文献１（特開２００１−２３８９４号公報）には、半導体素子製造工程に用いる露光装置のステージの駆動源として円筒型リニアモータを用いた構成が記載されている。この円筒型リニアモータは、シャフトモータとも称され、円筒状のシャフト内に多数の永久磁石を直線状に並べて配置すると共に、シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子を該シャフトと同心状に配置し、コイルに通電することで可動子をシャフトに沿って直線駆動するように構成されている。この円筒型リニアモータは、コイルに通電することで発生する磁界と永久磁石の磁界との間の吸引・反発力で可動子を駆動する推力を発生する点で、リニアモータカーの駆動源として用いられる平板型のリニアモータと推力発生原理が同じであるが、円筒型リニアモータは、鉄心のないコアレス構造で、可動子のコイルが永久磁石の外周囲を完全に取り囲んだ構成となっているため、上記平板型のリニアモータと比較して、永久磁石の磁束の利用効率が高く、コイルに供給する電力を効率良く推力に変換して高速駆動が可能になると共に、コアレス構造によりコギングが発生せず、速度むらが非常に小さいという優れた特長がある。

その反面、円筒型リニアモータは、可動子の駆動時の反力が永久磁石を内蔵するシャフトに直に作用するため、シャフトを振動させてシャフトを支持するブラケットを介して機台側を振動させてしまい、この振動が可動子の位置決め精度を低下させる原因になる。

そこで、特許文献１では、可動子（ステージ）の駆動時の反力によりシャフトに生じる振動の影響を軽減するために、円筒型リニアモータのシャフトを支持する支持部材を、可動子（ステージ）をスライド可能に支持するベース部材から完全に独立（分離）させた構成としている。
特開２００１−２３８９４号公報（第３頁等）

しかし、上記特許文献１のように、円筒型リニアモータのシャフトを支持する支持部材を、可動子をスライド可能に支持するベース部材から完全に独立（分離）させた構成にすると、シャフトと可動子との位置関係を予め位置決め状態で固定しておくことができないため、この円筒型リニアモータを装置に搭載する際に、シャフトと可動子との位置決めをどの様にして行うのかが問題となり、この問題を解決しない限り、実用化が困難であると思われる。

また、機台振動の影響を軽減するために、モータ制御信号から機台振動を誘発する振動成分を除去する制振フィルタを設けることがあるが、この構成では、制振フィルタによる応答遅れが生じて高速位置決め動作の応答性を悪化させることが問題視されている。

その他、機台振動抑制対策として、円筒型リニアモータを支持する支持機構に電子制御ダンパ装置を設けて、機台振動を電子制御ダンパ装置による電子アクティブ制御で抑制することが考えられるが、この構成では、装置の大型化、高コスト化、制御システムの複雑化を招くという問題がある。

本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、円筒型リニアモータを搭載する装置や制御系に振動対策を施さなくても、円筒型リニアモータ自体に可動子の駆動時の反力により発生する振動の影響を低減する機能を持たせることができる円筒型リニアモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、円筒状のシャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置すると共に、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子を配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動する円筒型リニアモータにおいて、前記シャフト内に、可動子の駆動時の反力により発生する各永久磁石の振動を減衰させる振動減衰手段を設けた構成としたものである。この構成では、可動子の駆動時の反力により発生する各永久磁石の振動がシャフト内で振動減衰手段によって減衰されるため、円筒型リニアモータ自体に振動低減機能を持たせることができて、円筒型リニアモータを搭載する装置や制御系に従来のような振動対策を施さずに済み、円筒型リニアモータを搭載する装置の小形化、低コスト化、制御システムの簡単化を実現できると共に、従来の制振フィルタによる応答遅れの問題もなく、高精度な高速位置決め動作に対応できる。

この場合、振動減衰手段の好ましい実施態様としては、例えば、請求項２のように、各永久磁石の間に、各永久磁石の振動を減衰させる振動減衰部材を挟み込ませた構成としたり、或は、請求項３のように、シャフト内に粘性流動体を充填して各永久磁石の間に充填した粘性流動体の粘性抵抗力により各永久磁石の振動を減衰させるように構成したり、或は、請求項４のように、各永久磁石が互いに接触する端面を傾斜面に形成して各永久磁石が前記傾斜面に沿って振動する際の摩擦抵抗力により各永久磁石の振動を減衰させるように構成しても良い。いずれの構成を採用しても、可動子の駆動時の反力により発生する各永久磁石の振動をシャフト内で減衰させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した４つの実施例１〜４を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、円筒型リニアモータ１１（シャフトモータ）は、円筒状のシャフト１２内に多数の永久磁石１３を直線状に並べて配置すると共に、シャフト１２の外側に、コイル１４を内蔵した可動子１５を該シャフト１２と同心状に配置し、コイル１２に通電することで可動子１５をシャフト１２に沿って直線駆動するように構成されている。シャフト１２内の各永久磁石１３の間には、振動減衰部材１８が挟み込まれている。シャフト１２内の各永久磁石１３は、隣接する永久磁石１３のＳ極どうし、Ｎ極どうしが対向するように配置されている。また、シャフト１２は、各永久磁石１３の磁束を透過させる非磁性材料（例えばステンレス鋼）のパイプにより形成されている。可動子１５のコイル１４は、シャフト１２（永久磁石１３）の外周囲を取り巻くように該シャフト１２と同心状に配置されている。そして、このシャフト１２の両端部が、機台１６上に立設された支持ブラケット１７に水平に固定されている。

図２及び図３に示すように、シャフト１２内の各永久磁石１３の間には、振動減衰手段として振動減衰部材１８が挟み込まれている。この振動減衰部材１８は、弾性変形可能又は塑性変形可能な材料で形成され、より好ましくは、減衰ゴム等の振動吸収特性に優れた粘弾性体で形成すると良い。この場合、シャフト１２は、各永久磁石１３を収容してその径方向の位置決めをする役割を果たすが、各永久磁石１３はシャフト１２に対して軸方向には固定されておらず、シャフト１２内で各永久磁石１３が独立して軸方向に振動可能となっており、各永久磁石１３の間隔が振動減衰部材１８によって保持された構成となっている。

以上のように構成した本実施例１の円筒型リニアモータ１１は、シャフト１２内の各永久磁石１３の間に振動減衰部材１８が挟み込まれているため、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動がシャフト１２内で振動減衰部材１８によって減衰され、その結果、可動子１５の駆動時の反力によりシャフト１２から支持ブラケット１７を介して機台１６に伝達される振動が低減される。

このように、本実施例１の円筒型リニアモータ１１は、円筒型リニアモータ１１自体に振動低減機能をコンパクトに内蔵させた構成となっているため、円筒型リニアモータ１１を搭載する装置や制御系に従来のような振動対策を施さなくても、円筒型リニアモータ１１内部で可動子１５の駆動時の反力による振動を低減させることができて、円筒型リニアモータ１１を搭載する装置の小形化、低コスト化、制御システムの簡単化を実現できると共に、従来の制振フィルタによる応答遅れの問題もなく、高精度な高速位置決め動作に対応できる。

尚、可動子１５（又は可動子１５に取り付けられたスライド部材）のスライドを案内するスライドガイドを機台１６に設けるようにしても良く、この場合でも、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動がシャフト１２内で振動減衰部材１８によって減衰されるため、スライドガイドへの振動伝達の問題が発生することはない。

図４に示す本発明の実施例２では、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動を減衰させる振動減衰手段として粘性ダンパを用いている。この粘性ダンパは、シャフト１２内に粘性流動体２１を充填して各永久磁石１３の間に充填した粘性流動体２１の粘性抵抗力により各永久磁石１３の振動を減衰させるように構成されている。粘性流動体２１としては、微動領域での粘性特性が優れているグリース等を用いれば良い。各永久磁石１３には、粘性流動体２１を軸方向に流通させる１本又は複数本の小径の貫通孔２２が形成され、各貫通孔２２の孔径や粘性流動体２１の粘度によって振動減衰特性が調整される。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例２においては、シャフト１２内に粘性流動体２１を充填して各永久磁石１３の間に充填した粘性流動体２１の粘性抵抗力により各永久磁石１３の振動を減衰させるように構成しているため、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動を粘性流動体２１の粘性抵抗力により減衰させることができ、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

図５に示す本発明の実施例３では、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動を減衰させる振動減衰手段としてコイルばね等のばね２５を用い、シャフト１２内の各永久磁石１３の間にばね２５が挟み込まれた構成となっている。この場合、ばね２５の弾性係数を調整することで振動減衰特性が調整される。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例３においては、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動をばね２５の弾性力により減衰させることができ、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施例３は、前記実施例２と組み合わせて実施しても良い。つまり、シャフト１２内の各永久磁石１３の間にばね２５を挟み込むと共に、シャフト１２内に粘性流動体を充填して、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動をばね２５の弾性力と粘性流動体の粘性抵抗力とにより減衰させるようにしても良い。

図６に示す本発明の実施例４では、可動子１５の駆動時の反力により発生する各永久磁石１３の振動を減衰させる振動減衰手段として摩擦ダンパを用いている。この摩擦ダンパは、シャフト１２内の各永久磁石１３が互いに接触する端面を傾斜面に形成して各永久磁石１３が前記傾斜面に沿って振動する際の摩擦抵抗力により各永久磁石１３の振動を減衰させるように構成されている。この場合、各永久磁石１３の傾斜面（接触面）の摩擦係数を調整することで振動減衰特性が調整される。各永久磁石１３の傾斜面（接触面）に適当な摩擦係数の部材を積層しても良いし、各永久磁石１３の傾斜面（接触面）を粗面化処理してその表面粗さ（摩擦係数）を調整するようにしても良い。

シャフト１２の内周面には、各永久磁石１３を振動可能に保持するサポート材２７が設けられている。このサポート材２７は、前記実施例１の振動減衰部材１８と同種の弾性変形可能又は塑性変形可能な材料で形成されている。或は、サポート材２７として、前記実施例２の粘性流動体２１と同種の粘性流動体を用いるようにしても良い。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例４においては、シャフト１２内の各永久磁石１３が互いに接触する端面を傾斜面に形成して各永久磁石１３が前記傾斜面に沿って振動する際の摩擦抵抗力により各永久磁石１３の振動を減衰させるように構成されているため、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例１の円筒型リニアモータを搭載した装置を概略的に示す図である。 実施例１の円筒型リニアモータの主要部の斜視図である。 実施例１の円筒型リニアモータの主要部の断面図である。 実施例２の円筒型リニアモータの主要部の断面図である。 実施例３の円筒型リニアモータの主要部の断面図である。 実施例４の円筒型リニアモータの主要部の断面図である。

符号の説明

１１…円筒型リニアモータ、１２…シャフト、１３…永久磁石、１４…コイル、１５…可動子、１６…機台、１７…支持ブラケット、１８…振動減衰部材（振動減衰手段）、２１…粘性流動体（振動減衰手段）、２２…貫通孔、２５…ばね（振動減衰手段）、２７…サポート材

Claims (4)

1. 円筒状のシャフト内に複数の永久磁石を直線状に並べて配置すると共に、前記シャフトの外側に、コイルを内蔵した可動子を該シャフトと同心状に配置し、前記コイルに通電することで前記可動子をシャフトに沿って直線駆動する円筒型リニアモータにおいて、
   前記シャフト内に、前記可動子の駆動時の反力により発生する前記各永久磁石の振動を減衰させる振動減衰手段を設けたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
2. 前記振動減衰手段は、前記各永久磁石の間に、前記各永久磁石の振動を減衰させる振動減衰部材を挟み込ませて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒型リニアモータ。
3. 前記振動減衰手段は、前記シャフト内に粘性流動体を充填して前記各永久磁石の間に充填した前記粘性流動体の粘性抵抗力により前記各永久磁石の振動を減衰させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒型リニアモータ。
4. 前記振動減衰手段は、前記各永久磁石が互いに接触する端面を傾斜面に形成して前記各永久磁石が前記傾斜面に沿って振動する際の摩擦抵抗力により前記各永久磁石の振動を減衰させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒型リニアモータ。

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