JP2007043780A - シャフト型リニアモータ及び放射線画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、強度を有し、低コストで、高い部品精度を確保できる。
【解決手段】
パイプ状部材21に複数個の磁石24を収納し、両端部で保持されてなる固定子20と、固定子20を包むように配置されコイル31を含む可動子30を有するシャフト型リニアモータ10において、パイプ状部材21の端部を加工して構成され磁石24の抜け止めを行う抜け止め機構23を有する。
【選択図】図9

Description

この発明は、特に複数の磁石を組み合わせて構成されるシャフト型リニアモータ及び放射線画像読取装置に関する。

最近、例えばＯＡ機器、医用機器の分野において、直線移動が要求される部位に、シャフト型リニアモータを利用することが提案されている。通常、シャフト型リニアモータは、複数の磁石を互いに反対の磁極が対向するように直列に組み合わせてなる固定子と、この固定子の外側にこれを囲むように配置され、固定子の軸方向にスライド可能なコイルを含む可動子とを有している。磁石で発生される磁束と交叉するようにコイルに電流を流すことにより、この電流と磁界との相互作用に基づいてコイルには軸方向に駆動力が発生し、その結果、可動部が移動する（特開平１０-３１３５６６）。

これまでの固定子では、反発し合う磁石を密着固定する際には円筒状の磁石を用い、磁石の中心に軸を通し、その軸の端部に螺子部を設けて、その螺子を用いてナットで締め付けて磁石を挟み込むように固定していた。
特開平１０-３１３５６６号公報

このように、円筒状の磁石を用いた場合においては、磁石の中心に軸を通し、その軸の端部に螺子部を設けて、その螺子を用いてナットで締め付けて磁石を挟み込むように固定する構成をとることによって反発し合う磁石の力を押さえ込んでいたが、軸、ナットなどが必要で部品点数も多く、コストが高くなっていた。

また、磁石の中心に孔の空いた磁石に限定されることとなり、例えば円柱状の磁石を用いた場合は同様の構成を用いることができないため、磁石を収納する部材に、磁石を抜け止めするための機構を設けなくてはならない。この磁石の抜け止めをするための機構は、反発し合う磁石の力が強力であり、それに耐えうる構成としなくてはならないなどの問題がある。

この発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、強度を有し、低コストで、高い部品精度を確保できるシャフト型リニアモータ及び放射線画像読取装置を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は、以下のように構成されている。

請求項１に記載の発明は、パイプ状部材に複数個の磁石を収納し、両端部で保持されてなる固定子と、前記固定子を包むように配置されコイルを含む可動子を有するシャフト型リニアモータにおいて、前記パイプ状部材の端部を加工して構成され前記磁石の抜け止めを行う抜け止め機構を有するシャフト型リニアモータである。

請求項2に記載の発明は、前記抜け止め機構は、前記パイプ状部材を少なくとも1箇所以上、せん断加工することによって形成されることを特徴とする請求項1に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項3に記載の発明は、前記抜け止め機構は、パイプ状部材の端部に挿入して固定された挿入部材を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項4に記載の発明は、前記挿入部材は、前記パイプ状部材の少なくとも1箇所以上、せん断加工することによって前記パイプ状部材に固定されていることを特徴とする請求項3に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項5に記載の発明は、前記挿入部材は、円周方向に溝が形成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項6に記載の発明は、前記挿入部材は、パイプ状部材と同等以上の硬度であることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項7に記載の発明は、前記挿入部材は、軸状に形成され、軸方向に形成された螺子を有することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項8に記載の発明は、搬送する駆動源に請求項１〜7のいずれか1項に記載のシャフト型リニアモータを用いたことを特徴とする放射線画像読取装置である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明によれば、パイプ状部材の端部を加工して磁石の抜け止めを行う抜け止めを行うことで、反発し合う磁石の力を押さえ込み、パイプ状分材に磁石を収納できる。溶接等の加工では、熱等によってパイプ状部材が変形してしまうことがあり、品質管理が難しいが、抜け止め加工による簡素な構成で、強度を有し、低コストで、高い部品精度を確保できる。

請求項2に記載の発明によれば、パイプ状部材を少なくとも1箇所以上、せん断加工する簡単な構成で、磁石の抜け止めができる。固定子は、装置に対して取り付け、取り外しする際には長手方向にスライドさせる必要があるが、パイプ状部材の外径よりも飛び出すものがないので、容易に作業できる。

請求項3に記載の発明によれば、パイプ状部材の端部に挿入して固定された挿入部材を用いることで、パイプ状部材の加工時の変形を抑制することができる。また、パイプ状部材の端部からの磁石の位置出しを行うにあたっては、挿入部材の軸方向の寸法を精度良く製作することにより、部品精度のみで磁極の位置出しを行うことができる。よって、コイルとの原点位置関係を部品の精度のみで決定でき、両者の位置(位相)出しを行うための作業、計測機器が必要なくなるし、制御等で位相ズレを補正する必要もなくなる。

請求項4に記載の発明によれば、挿入部材がパイプ状部材の少なくとも1箇所以上、せん断加工することによってパイプ状部材に固定され、挿入部材を確実にパイプ状部材に固定することができ、2箇所以上であればより安定性が高くなる。
請求項5に記載の発明によれば、挿入部材の円周方向に溝が形成され、挿入部材が雌型の治具になってパイプ状部材の加工でき、パイプ状部材に対する挿入部材の位置決めができ、工具費削減にもなる。

請求項6に記載の発明によれば、挿入部材がパイプ状部材と同等以上の硬度であり、挿入部材を雌型の治具として使用でき、生産コストを削減でき、またパイプ状部材の変形を防止できる。例えば、パイプ状部材がステンレス鋼の場合、挿入部材も同種の鋼材を用いる。

請求項7に記載の発明によれば、挿入部材が軸状に形成され、軸方向に形成された螺子により固定子を保持機構などに簡単な機構で、かつ精度良く保持でき、機器に組み込む際に、容易に固定することができる。

請求項8に記載の発明によれば、搬送する駆動源に請求項１〜7のいずれか1項に記載のシャフト型リニアモータを用いることで、精度良く搬送でき、また機器の小型化を図り容易に機器に組み込むことができる。

以下、この発明のシャフト型リニアモータ及び放射線画像読取装置の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

図1はシャフト型リニアモータの概略構成図である。シャフト型リニアモータ10は、複数の磁石を収納するパイプ状部材21を含む固定子20と、固定子20を包むように配置された線材を巻き付けてなるコイル31を含む可動子30を有する。固定子20は、複数の磁石24と、複数の磁石24を収納するパイプ状部材21とを有する。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、希士類磁石は、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。

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、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。この実施の形態では、薄肉パイプを使用しており、この薄肉パイプとすることにより磁石24と可動子30間の距離を短くすることができ、より大きな推力を得るようにしている。

パイプ状部材21の一端部は抜け止め機構23が設けられている。また、パイプ状部材21の他端部は磁石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、所定数の磁石24の詰め込み収納が終了したら、封止機構22で磁石24の飛び出しを押さえ込むようになっている。抜け止め機構23は挿入部材23ａを有し、挿入部材23ａ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。なお、隣り合う磁石24同士が密着するようにパイプ状部材21の内部に収納されているが、隣り合う磁石24同士が反発し合うように収納されていればよく、隣り合う磁石24同士の間に隙間を設けるように収納してもよい。抜け止め機構23と封止機構22とによってパイプ状部材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。

このように、この実施の形態のシャフト型リニアモータ10は、固定子20の少なくとも一方の端部に、磁石24を保持して抜け出ることを規制する抜け止め機構23を有している。

この抜け止め機構23は、図2乃至図10に示すように構成される。
図2乃至図5に抜け止め機構の構成部材を示し、図2はパイプ状部材の端部の断面図、図3は挿入部材の側面図、図4は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図5は図4のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

パイプ状部材21は、図2に示すように、両端部21ａ，21ｂが開口している。抜け止め機構23は、端部21ｂを加工して構成され、パイプ状部材21に収納される磁石24の抜け止めを行う。

抜け止め機構23は、挿入部材23ａを有する。この挿入部材23ａは、図3乃至図5に示すように構成され、パイプ状部材21の他端部21ｂに挿入して固定される。挿入部材23ａは、軸状に形成され、中央部には溝23ａ1が円周方向に環状に形成されている。この溝23ａ1の形状は、環状に形成されるものに限定されず、例えば円周方向の3箇所には120度の角度に等間隔で断面Ｕ字状に形成してもよく、溝の形状や位置、個数は特に限定されない。また、挿入部材23ａには、螺子23ａ2が軸方向に形成され、この実施の形態では雌螺子が挿入部材23ａの軸心の位置で貫通して形成されているが、螺子23ａ2は複数個でもよく、軸心の位置に限定されない。さらに、螺子23ａ2は雌螺子に限定されず、雄螺子とすることもできる。

図6乃至図8は抜け止め機構の加工を示し、図6は加工状態を示す断面図、図7は図6のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図、図8は加工状態を示す断面図である。挿入部材23ａの外径寸法はパイプ状部材21の内径に対し、精度良く作られている。挿入部材23ａはパイプ状部材21の他端部21ｂに対して隙間が無く挿入され、部品の変形を防ぐことができるため、精度の高い部品を確保できる。

挿入部材23ａの外径寸法と、パイプ状部材21の内径寸法は、一般的な圧入の寸法関係となっており、挿入部材23ａの両端面23ａ4,23ａ5を面取り或いはＲ形状とすることで、挿入部材23ａをパイプ状部材21に挿入し易くなる。

この実施の形態では、図７及び図８に示すように、加工部材の雄型99を挿入部材23aの溝23a1へ押し込むと、パイプ状部材21の対応する21b1が切断される同時に雄型99にならった形状加工される。この雄型99の加工時には、溝23ａ1が円周方向に環状に形成されていることで、雄型99を押し込む位置を円周方向では厳密に調整する必要がない。また、挿入部材23ａはパイプ状部材21と同等以上の硬度であり、挿入部材23ａを雌型の治具として使用でき、生産コストを削減でき、またパイプ状部材21の変形を防止できる。例えば、パイプ状部材21がステンレス鋼の場合、挿入部材23ａも同種の鋼材を用いる。

図9及び図10は抜け止め機構を示し、図9は抜け止め機構の断面図、図10は図9のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。パイプ状部材21の3箇所をせん断加工することで、溝23ａ1に対応する部分21ｂ1が切断されて挿入部材23ａの溝23ａ1に入り込み押圧され、挿入部材23ａはパイプ状部材21に固定される。この実施の形態では、せん断加工を３箇所行っているが、抜け止め機構に必要な力に応じて１箇所のみとすることもでき、２箇所以上であればより安定する。

また、パイプ状部材21の端部を加工して磁石24の抜け止めを行う抜け止めを行うことで、反発し合う磁石24の力を押さえ込み、パイプ状部材21に磁石を収納できる。溶接等の加工では、熱等によってパイプ状部材21が変形してしまうことがあり、品質管理が難しいが、抜け止め加工による簡素な構成で、強度を有し、低コストで、高い部品精度を確保できる。

また、パイプ状部材21を少なくとも1箇所以上、この実施の形態では3箇所せん断加工する簡単な構成で、磁石24の抜け止めができる。固定子は、装置に対して取り付け、取り外しする際には長手方向にスライドさせる必要があるが、パイプ状部材の外径よりも飛び出すものがないので、容易に作業できる。

このように、この発明によれば、パイプ状部材21の端部に挿入して固定された挿入部材23ａを用いることで、パイプ状部材21の加工時の変形を抑制することができる。また、パイプ状部材21の端部からの磁石24の位置出しを行うにあたっては、挿入部材23ａの軸方向の寸法を精度良く製作することにより、部品精度のみで磁極の位置出しを行うことができる。よって、コイルとの原点位置関係を部品の精度のみで決定でき、両者の位置(位相)出しを行うための作業、計測機器が必要なくなるし、制御等で位相ズレを補正する必要もなくなる。

このようにして、パイプ状部材21の一端部21ｂに抜け止め機構23が設けられ、他端部21ａから所定数の磁石24の詰め込み収納が終了したら、図11及び図12に示すように、封止機構22で磁石24の飛び出しを押さえ込む。図11は封止機構の断面図、図12は封止機構の正面図である。

所定数の磁石24が送り込まれた後、磁石24と同等の外形寸法である封止部材70を磁石5と同様の方法で送り込み、磁石24をパイプ状部材21に封止する。この封止部材70の固定は、磁石24を詰め込み後、スペーサ51、封止部材70を順次詰め込み、封止部材70まで挿入したら、固定リング50を３個のねじ53によって封止部材70に固定する。封止部材70にはＤカットのような面70ａが対向して設けられ、この面70ａによって各部品の（ネジ）穴の方向を決めることができる。この実施の形態では、封止部材70を詰め込む際は、面70ａによってパイプ状部材21に送り込む際の(ネジ)穴の方向を図示しないガイド部材を突き当て詰め込む。

次に、封止部材70に軸方向からボルト54を捻じ込み、スペーサ51を押込んで磁石24の反発力によって生じた磁石24間の隙間を無くす。このスペーサ51は直接磁石24にボルト54があたった際に、磁石24に破損の恐れがあるため用いている。また、封止機構22は、図11及び図12に示す構成に限定されることなく、図2乃至図10に示した抜け止め機構23のように構成しても良い。

このシャフト型リニアモータ10は、図13に示すように、例えばＯＡ機器、医用機器などの機器に組み込まれる。この機器には保持機構90が備えられている。この実施の形態では、機器本体に搭載する際に可動子30を先に機器に組み込み、固定子20を可動子30の孔30ａに通して固定する。この保持機構90は保持部材40，41を有する。保持部材41には固定子20のパイプ状部材21を通す貫通孔41ａが形成されている。保持部材40には、凹み部40ａが形成され、この凹み部40ａは、外周接合面40ａ1と、挿入部材23ａの端面を突き当てる面40ａ2を有する。また、保持部材40には、取付孔40ｂが凹み部40ａに連通して形成されている。保持部材40の凹み部40ａは、挿入部材23ａの端面を突き当てる面40ａ2を有しており、挿入部材23ａがパイプ状部材21の端部より中に入り込んだ場合でも挿入部材23ａの端面に面40ａ2が突き当たることによって挿入部材23ａの軸方向の精度を出すことができる。

このシャフト型リニアモータ10の固定子20は、機器に備えられる保持機構90に保持されるが、この実施の形態では、パイプ状部材21の端部21ｂから保持部材41の貫通孔41ａに挿入し、さらに可動子30の孔３０ａを通し、端部21ｂを凹み部40ａに係合する。そして、取付ボルト91を抜け止め機構23の挿入部材23ａに螺着して締め付け固定する。取付ボルト91の締め付け固定により、挿入部材23ａの先端面が凹み部40ａの面40ａ2に突き当たり軸方向の位置決めし、先端外周面が凹み部40ａの外周接合面40ａ1に係合して軸方向と直交する方向の位置決めを行う。

また、シャフト型リニアモータ10の両端部には、図14に示すように、同じ抜け止め機構23の加工を行うことにより、磁石24を完全にパイプ状部材21に封止することができる。この時、封止する磁石24の全長Ｌ＜両端部の抜け止め機構23間の距離Ｗとなった場合、磁石24は反発し合うように挿入しているため各磁石24間に隙間が生じてしまうが、基準点としたい端部の反対の螺子を利用して、イモネジ98を捻じ込むことにより磁石24を密着させることができる。磁石24が密着していないと、コイルとの相対的な位相がずれるため推力が低下する。

この実施の形態では、シャフト型リニアモータ10の両端部に同じ加工を行い、磁石密着機構も併せ持つため何れの端部も基準面として使用することができ、生産作業性が良くなる。

また、最初をN極、最後がＳ極となるように詰め込む場合は、先に何れの極を挿入するかを気にすることなく挿入できる。密着機構があるため、後で基準面を決められる。よって、磁石24を詰め込む治具においては磁極検出手段を設ける必要はない。

このシャフト型リニアモータ10は、放射線画像読取装置の駆動源に用いることができる。この放射線画像読取装置の実施の形態を図15に示す。

放射線画像読取装置1は、光学ユニット5、搬送台3、シャフト型リニアモータ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一ス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、この実施の形態では、シャフト型リニアモータ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、この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。

ベ一ス2の上部には、シャフト型リニアモータ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。

シャフト型リニアモータ10は、図1に示すように、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に保持されてベ一ス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。固定子20の保持部材40，41への取り付け構造である。

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、ベ一ス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、ベ一ス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の位置を計測す
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、この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。また、外装カバー8には、固定子20を点検のために取り出し、再び挿入するための固定子着脱口82が設けられている。

このように、搬送する駆動源にシャフト型リニアモータ10を用い、保持機構90を用いてシャフト型リニアモータ10を保持することで、精度良く搬送できる。また、機器の小型化を図ることができ、その際に容易にシャフト型リニアモータ10を機器に組み込むことができる。

この発明は、特に複数の磁石を組み合わせて構成されるシャフト型リニアモータ及び放射線画像読取装置に適用でき、簡素な構成で、強度を有し、低コストで、高い部品精度を確保できる。

シャフト型リニアモータの概略構成図である。 パイプ状部材の端部の断面図である。 挿入部材の側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図4のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 加工状態を示す断面図である。 図6のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 加工状態を示す断面図である。 抜け止め機構の断面図である。 図9のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 封止機構の断面図である。 封止機構の正面図である。 シャフト型リニアモータの保持機構を示す図である。 他の実施の形態のシャフト型リニアモータの保持機構を示す図である。 放射線画像読取装置の実施の形態を示す斜視図である。

符号の説明

10 シャフト型リニアモータ
20 固定子
21 パイプ状部材
23 抜け止め機構
24 磁石
30 可動子
31 コイル

Claims (8)

1. パイプ状部材に複数個の磁石を収納し、両端部で保持されてなる固定子と、前記固定子を包むように配置されコイルを含む可動子を有するシャフト型リニアモータにおいて、
   前記パイプ状部材の端部を加工して構成され前記磁石の抜け止めを行う抜け止め機構を有するシャフト型リニアモータ。
2. 前記抜け止め機構は、前記パイプ状部材を少なくとも1箇所以上、せん断加工することによって形成されることを特徴とする請求項1に記載のシャフト型リニアモータ。
3. 前記抜け止め機構は、パイプ状部材の端部に挿入して固定された挿入部材を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシャフト型リニアモータ。
4. 前記挿入部材は、前記パイプ状部材の少なくとも1箇所以上、せん断加工することによって前記パイプ状部材に固定されていることを特徴とする請求項3に記載のシャフト型リニアモータ。
5. 前記挿入部材は、円周方向に溝が形成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のシャフト型リニアモータ。
6. 前記挿入部材は、パイプ状部材と同等以上の硬度であることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ。
7. 前記挿入部材は、軸状に形成され、軸方向に形成された螺子を有することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ。
8. 搬送する駆動源に請求項１〜7のいずれか1項に記載のシャフト型リニアモータを用いたことを特徴とする放射線画像読取装置。