JP2007068326A - リニアモータユニット及びその組み合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はロッドタイプリニアモータを近接して並べても、隣り合うロッド同士の磁界の影響を低減できるリニアモータユニットを提供する。
【解決手段】 ロッドタイプリニアモータ１は、マグネット７を有するロッド２と、ロッド２を囲むコイル３とを備え、マグネット７の磁界とコイル３に流す電流によって、ロッド２をその軸線方向に直線運動させる。このロッドタイプリニアモータ１を複数組み合わせてリニアモータユニットを構成するときに、隣り合うロッドタイプリニアモータ１間に、磁性材料からなる磁気シールド板５を挟む。ロッド２のマグネット７の磁力線が磁気シールド板５を通るので、磁気シールド板５の外側には磁力線が漏れ難くなる。それゆえ、隣り合うロッド２同士が互いの磁界の影響を受け難くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネットの磁界とコイルに流す電流によって、直線運動するための推力を得るリニアモータに関し、特にロッドを直線運動させるロッドタイプリニアモータに関する。

リニアモータは、回転形のモータの固定子側と回転子側を直線状に引き伸ばしたもので、電気エネルギを直線運動するための推力に変換する。直線的な推力が得られるリニアモータは、移動体を直線運動させる一軸のアクチュエータとして用いられる。

リニアモータを形状的に分けると、ロッドタイプとフラットタイプとに分けることができる。ロッドタイプのリニアモータは、複数の円筒形のコイルを積層し、積層して出来たコイルの孔内にマグネットを有するロッドを挿入した構成になっている。そして、例えばＵ・Ｖ・Ｗ相の三相に分けた複数のコイルに１２０°ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイルの軸線方向に移動する移動磁界が発生し、ロッドは移動磁界により推力を得て、移動磁界の速さに同期して直線運動を行う。他方、フラットタイプのリニアモータは、平板状のマグネットを複数個並べた軌道レールに複数のコイルを対向させる構成になっている。マグネットに対してコイルが相対的に直線運動を行なう原理は、ロッドタイプのリニアモータと同じである。出願人は、上記に記載のロッドタイプリニアモータとして、例えば特許文献１に記載されたリニアモータを提案している。

特開２００４−２４８４９０号公報

一軸のアクチュエータを縦横に並べて、多軸のアクチュエータを得ることができれば、一度に多数の移動体を搬送することができるので、軸の数だけ処理速度が速くなる。例えば、チップマウンタ（電子部品実装機）は、ヘッド軸のユニットに８軸、１０軸等の多軸のアクチュエータを持ち、一度に多数の電子部品を搬送・実装する。従来、このような多軸のアクチュエータの駆動機構には、ボールねじ機構が用いられていたが、ボールねじの寸法やモータの寸法から、アクチュエータを並べるときに間隔を狭く並べることができなかった。これに対して、上記に記載のロッドタイプリニアモータは、移動体を高速で搬送することができるのみならず、寸法的に小型化できるという利点もある。それゆえ出願人は、一軸のロッドタイプリニアモータを縦横に並べた多軸のリニアモータを開発した。このような多軸のリニアモータをリニアモータユニットと呼ぶ。

しかし、実際にロッドタイプリニアモータを並べてみると、一つのロッドタイプリニアモータのロッドを移動させるとき、隣のロッドタイプリニアモータのロッドが釣られて動いてしまうという現象が発生した。隣り合うロッド間の距離が短いと、マグネット同士の引き付け合う磁力も大きくなることが原因である。この現象を生じさせないためには、ロッド間の距離を離さなければならない。ロッド間の距離を離すと、ボールねじ機構を用いたアクチュエータと同様に、コンパクトにできなくなり、リニアモータユニットとして成立しなくなる。

そこで、本発明はロッドタイプリニアモータを近接して並べても、隣り合うロッド同士の磁力の影響を低減できるリニアモータユニット及びロッドタイプリニアモータの組み合わせ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲むコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コイルに流す電流によって、前記ロッドをその軸線方向に直線運動させるロッドタイプリニアモータを、複数組み合わせたリニアモータユニットであって、隣り合う前記ロッドタイプリニアモータ間に、磁性材料からなる磁気シールド板を挟むことを特徴とする。

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ユニットにおいて、前記磁気シールド板の前記ロッドの軸線動方向の長さは、隣り合う一対の前記ロッドタイプリニアモータの内、いずれか一方のロッドタイプリニアモータにおける前記ロッドの全長と前記ロッドのストロークの長さの合計以上であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のリニアモータユニットにおいて、複数の前記ロッドタイプリニアモータは、前記ロッドの軸線を互いに平行に保つように複数段及び複数列に組み合わされ、前記磁気シールド板は、段方向及び列方向に隣り合う一対の前記ロッドタイプリニアモータ間に挟まれることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲むコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コイルに流す電流によって、前記ロッドを直線運動させるロッドタイプリニアモータを、複数組み合わせるロッドタイプリニアモータの組み合わせ方法であって、隣り合う前記ロッドタイプリニアモータ間に磁性材料からなる磁気シールド板を挟み、隣り合う前記ロッドタイプリニアモータの前記ロッド同士の磁気の影響を少なくすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、マグネットの磁力線が磁性材料の磁気シールド板を通るので、磁気シールド板の外側には磁力線が漏れ難くなる。それゆえ、隣り合うロッド同士が互いの磁界の影響を受け難くなる。しかも、磁気シールド板が磁気シールド板の内側のコイル・マグネットの磁界を強くするコアの役割もするので、コア付のリニアモータと同様にロッドの推力を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ロッドがストロークする範囲の全長に渡って磁気シールド板が伸びているので、ロッドがどの位置にいても隣のロッドへ及ぼす磁界の影響を低減できる。

請求項３に記載の発明によれば、多軸のリニアモータユニットが得られる。

請求項４に記載の発明によれば、ロッドのマグネットの磁力線が磁性材料の磁気シールド板を通るので、磁気シールド板の外には漏れ難くなる。それゆえ、隣り合うロッド同士が互いの磁界の影響を受け難くなる。しかも、磁気シールド板がコイルの磁界を強くするコアの役割もするので、ロッドの推力を向上させることができる。

添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態におけるリニアモータユニットの斜視図を示す。このリニアモータユニットは、ロッドタイプリニアモータ１を、段方向（図では上下方向）及び列方向（図では左右方向）にロッド２の軸線が平行になるように多数組み合わせて構成される。例えばこの例では、二段、六列に組み合わされている。各ロッドタイプリニアモータ１は、マグネット７を有するロッド２と、ロッド２を囲むコイル３（図２参照）と、を備える。組み合わされたロッドタイプリニアモータ１は、枠部材４で囲まれて一体にされる。枠部材４には、リニアモータユニットを相手部品に取り付けるための結合用突起４ａが形成される。このリニアモータユニットは、例えばチップマウンタのヘッド軸に取り付けられる。

隣り合う一対のロッドタイプリニアモータ１間には、磁気シールド板５が挟まれる。磁気シールド板５はロッドタイプリニアモータの端にも配置される。磁気シールド板５は例えば、鉄、ニッケル、クロム、パーマロイ（ニッケル（三五〜八〇％）‐鉄合金磁性材料）等の、磁界の中に置くと磁化し易い磁性材料からなる。磁気シールド板５はこの実施形態のように、枠部材４により隣り合う一対のロッドタイプリニアモータ１間に挟まれて固定されてもよいし、接着、ボルト等の結合手段によってロッドタイプリニアモータ１の側面に固定されてもよい。

この実施形態では、各ロッドタイプリニアモータ１の外形の正面形状が、列方向に短く、段方向に長い四角形に形成される（図２参照）ので、列方向のロッド２間の距離が比較的短いのに対し、段方向のロッド２間の距離は比較的長い。すなわち、列方向に隣り合うロッド２同士が磁力の影響を及ぼすのに対し、段方向に隣り合うロッド２同士が磁力の影響を及ぼし難い。それゆえ、列方向に隣り合うロッド２間のみに磁気シールド板５を介在させている。

ロッドタイプリニアモータ１間に磁気シールド板５が挟むと、ロッド２のマグネット７の磁力線は、磁性材料の磁気シールド板５を通るので、磁気シールド板５を挟んで外側にマグネットの磁力線が漏れ難くなる。つまり、磁気シールド板５を挟んで反対側にあるロッド２にとって、隣のロッド２のマグネット７の磁界がシールドされていることになる。それゆえ、隣り合うロッド２同士が互いの磁界の影響を受け難くなる。しかも磁気シールド板５は、磁気シールド板５の内側のロッド２のマグネット７の磁界に悪影響を及ぼさないだけでなく、コイル３・マグネット７の磁界を強くするコアの役割を持つ。それゆえ、コアのあるリニアモータと同様にロッド２の推力を向上させることができる。

磁気シールド板５は、ロッド２の軸線方向に細長く伸びる平板状に形成される。ロッド２の軸線方向における磁気シールド板５の長さは、ロッド２の全長とロッド２のストロークの長さの合計以上であり、ロッド２がストロークする全範囲に渡ってロッド２に対向する。

図１では、磁気シールド板５がロッドタイプリニアモータ１から露出する部分しか示されていないが、実際には、ロッドタイプリニアモータ１のコイル３を覆うハウジング６（図２参照）部分にも磁気シールド板５が通っている。ハウジング６内のコイル３は銅線を螺旋状に巻いたものであり、磁性材料ではない。ロッド２のマグネット７からの磁界は、ハウジング６の中と外とで変化はないから、ハウジング６部分にも磁気シールド板５を通す必要がある。磁気シールド板５がコアの役割のみを持つのなら、コイル３の部分に相当する長さがあればよい。しかし、磁気シールド板５はコアの役割というよりもむしろ、隣り合うロッド２同士が互いの磁界の影響を受け難くする役割のために設けられる。それゆえ、磁気シールド板５のロッド２の軸線方向の長さは、ロッド２の全長とロッド２のストロークの長さの合計以上に設定される。磁気シールド板５の縦方向の長さはハウジング６の高さと略等しい。

磁気シールド板５の厚さが厚いほど、磁気シールドの効果がでて、隣り合うロッド２同士が互いの磁界の影響を受けなくなる。一方、リニアモータユニットの小型化の要請からは、磁気シールド板５は薄いほど望ましい。マグネット７の磁界解析をして、隣り合うロッド２同士が互いの磁界の影響を受け難くなる範囲で、最小の肉厚に磁気シールド板５の厚さが設定される。

以下に各ロッドタイプリニアモータ１の構成について説明する。図２はロッドタイプリニアモータ１の斜視図を示す。ロッドタイプリニアモータ１は、回転形のモータと同様に、マグネット７の磁界とコイル３に流す電流によって運動するための力を得る。そして、回転形のモータと異なり、直線的に並んだ複数のコイルを、マグネット７が挿入されるロッド２が貫通する。コイル３に電流を流すと、磁界の中の電流が力を受ける法則によってロッド２がその軸線方向に直線運動する。

ロッドタイプリニアモータ１の作動原理を説明する。図３は、ロッドタイプリニアモータ１のマグネット７とコイル３の位置関係を示す。ロッド２内の中空空間には、円盤状の複数のマグネット７（セグメント磁石）が互いに同極が対向するように、すなわちＮ極とＮ極が、Ｓ極とＳ極とが対向するように積層される。一方、ロッド２の周囲には、ロッド２を囲むコイル３が複数個配置される。コイル３は３つでＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルとなる。一組の三相コイルを複数組み合わせて、コイルユニットが構成される。そして、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の三相に分けた複数のコイル３に１２０°ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイル３の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド２のマグネット７は、この移動磁界により推力を得て、移動磁界の速さに同期してコイル３に対して相対的に直線運動を行なう。

次に、ロッドタイプリニアモータの各部分の構成について説明する。図２に示されるように、複数のコイル３を積層したコイルユニットはハウジング６に覆われている。ロッド２はハウジング６にロッド２の軸線方向に移動可能に支持されている。

ロッド２は、例えばステンレス等の非磁性材からなり、パイプのように内部に中空の空間を有する。ロッド２のこの中空空間には、上述のように、円盤状の複数のマグネット７（セグメント磁石）が互いに同極が対向するように積層される。マグネット７間には、例えば鉄等の磁性材料からなるポールシュー９（磁極ブロック）が介在される。

コイル３は銅線を螺旋状に巻いたものである。この実施形態では、ハウジング６の寸法を抑えるために、コイル３を射出成型の金型にセットし、溶融した樹脂又は特殊セラミックスを流すインサート成型によりハウジング６を形成する。金型から取り出すと、コイル３の周囲がハウジングで覆われている状態になる。ロッドタイプリニアモータ１を並べて使用するリニアモータユニットでは、各ロッドタイプリニアモータ１の寸法を狭くできれば、小型化が図れるからである。

ハウジング６には、機械的剛性が高い材料が使用される。そして、コイル３との絶縁を保つ必要があるため、絶縁性の高い材料が使用される。さらに、ハウジングには、コイル３の放熱性を高めるためにフィン６ａが複数形成される。なお、コイル３をハウジング６と一体にインサート成型しなくても、コイル３をアルミ製等のハウジングに収納し、ハウジングとコイル３との間に生ずる隙間を接着材で埋めて、コイル３をハウジング６で覆ってもよい。

ロッド２は、ロッドタイプリニアモータ１の作動中、コイル３内で浮いている状態になっている。ロッド２の直線運動を案内するために、ブッシュ１１が設けられる。ブッシュ１１は、ハウジング６の両端に設けたエンド部材１２に固定される。

図４は、コイルユニットを示す。コイルユニットは、銅線を螺旋状に巻いた一つのコイル３を複数個、例えば数十個積層したものである。コイルユニットは上述のようにＵ・Ｖ・Ｗ相のコイル３からなる。コイル３のリード線３ａは、Ｕ相同士のコイル、Ｖ相同士のコイル、Ｗ相同士のコイルで互いに接続される。隣り合うコイル３同士を絶縁させる必要があるので、コイル３間に絶縁材として樹脂製のスペーサ８が介在される。スペーサ８はコイル３の正面形状と同様に円環形状に形成される。コイル３に電流を流すと、ロッド２が直線運動する原理は上述した通りである。

本発明は上記実施の形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な他の実施形態に具現化できる。例えば、この実施形態では、ロッドタイプリニアモータが縦方向及び横方向に並べられているが、縦方向及び横方向のいずれか一方向に並べられてもよいし、ロッドの軸線が平行を保たなくてもよい。また、磁気シールド板は平板形状でなく、ロッドを囲む円筒形状に形成されてもよい。この場合は磁気シールド板に発生するうず電流を抑制するためにロッドの軸線に平行なスリットを入れる。さらに、ロッドのストローク中に、隣り合うロッドが同時にハウジングから出た状態がない（すなわち一方のロッドがハウジングから出ているときはもう一方のロッドがハウジングから出ていない）のであれば、ハウジングから出た部分の隣り合うロッドのマグネットが互いに干渉することがないので、その分磁気シールド板を短くしてもよい。さらに、コイルに対してマグネットを有するロッドが直線運動するリニアモータであれば、ロッドタイプリニアモータの各部の構成は上述の実施形態に限られることなく、様々に変更可能である。

本発明の一実施形態におけるリニアモータユニットの斜視図。 上記リニアモータユニットに組み込まれるロッドタイプリニアモータの斜視図（一部断面図を含む）。 上記ロッドタイプリニアモータのコイルとマグネットを示す断面図。 コイルユニットを示す斜視図。

符号の説明

１…ロッドタイプリニアモータ
２…ロッド
３…コイル
５…磁気シールド板
７…マグネット

Claims (4)

1. マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲むコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コイルに流す電流によって、前記ロッドをその軸線方向に直線運動させるロッドタイプリニアモータを、複数組み合わせたリニアモータユニットであって、
   隣り合う前記ロッドタイプリニアモータ間に、磁性材料からなる磁気シールド板を挟むことを特徴とするリニアモータユニット。
2. 前記磁気シールド板の前記ロッドの軸線動方向の長さは、隣り合う一対の前記ロッドタイプリニアモータの内、いずれか一方のロッドタイプリニアモータにおける前記ロッドの全長と前記ロッドのストロークの長さの合計以上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ユニット。
3. 複数の前記ロッドタイプリニアモータは、前記ロッドの軸線を互いに平行に保つように複数段及び複数列に組み合わされる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ユニット。
4. マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲むコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コイルに流す電流によって、前記ロッドを直線運動させるロッドタイプリニアモータを、複数組み合わせるロッドタイプリニアモータの組み合わせ方法であって、
   隣り合う前記ロッドタイプリニアモータ間に磁性材料からなる磁気シールド板を挟み、隣り合う前記ロッドタイプリニアモータの前記ロッド同士の磁気の影響を少なくすることを特徴とするロッドタイプリニアモータの組み合わせ方法。

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