JP2008048564A - リニアモータおよびそれを搭載した工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数本の円筒型リニアモータを用いて出力アップを図ると共に、コンパクトに構成できるリニアモータを提供する。
【解決手段】 このリニアモータ１は、永久磁石からなる軸部材３およびこの軸部材３が内部を相対的に移動自在なコイルユニット４を有する円筒型リニアモータ２を複数備える。前記複数の円筒型リニアモータ２は、互いに並列に隣接配置する。隣り合う円筒型リニアモータ２の配設ピッチＰは、円筒型リニアモータ２の直径寸法Ｄに略等しい。
【選択図】 図１

Description

この発明は、リニアモータおよびそれを搭載したプレス機械等の工作機械に関する。

従来、リニアモータとして、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを軸方向に並べたコイルユニットとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−３１３５６６号公報

上記特許文献１に開示のリニアモータは、ＯＡ機器等において、回転型のモータおよびボールねじの組み合わせに代えて用いる用途等のものであるが、プレス機械等の直動運動を行う工作機械においても、リニアモータを用いると、構成が簡素で制御性にも優れたものとなる。
しかし、プレス機械等にリニアモータを用いる場合、大きな推力を得ることが必要である。リニアモータは、磁力の強い永久磁石を用いることが一般的であるが、１個のリニアモータで大きな推力を得るには磁石の大きさの製造限界や供給電圧等の制約もあって、製造が困難である。複数本の円筒型リニアモータを並設して用いるリニアモータも提案されているが、コンパクト化の点で問題がある。

この発明の目的は、複数本の円筒型リニアモータを用いて出力アップを図ると共に、コンパクトに構成できるリニアモータを提供することである。
この発明の他の目的は、コイルユニットに給電する結線部が、円筒型リニアモータの並設間隔に影響することを回避して、よりコンパクト化を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、部品点数が少なく簡素な構造とすることができるリニアモータ搭載工作機械を提供することである。

この発明のリニアモータは、永久磁石からなる軸部材およびこの軸部材が内部を相対的に移動自在なコイルユニットを有する円筒型リニアモータを複数備え、前記複数の円筒型リニアモータを互いに並列に隣接配置したことを特徴とする。
この構成によると、複数本の円筒型リニアモータを並列に配置したため、個々の円筒型リニアモータの出力を複数本分の出力として利用出来、大きな出力を得ることができる。また、個々のリニアモータを、外径が円筒形である円筒型リニアモータとして互いに並列に配置し、かつ円筒型リニアモータ同士を隣接配置したため、コンパクトに構成することができる。なお、ここで言う「隣接」とは、互いに近接して隣合っていることを言う。

隣り合う円筒型リニアモータの配設ピッチは、円筒型リニアモータの直径寸法に略等しくても良い。この場合に、隣合う円筒型リニアモータは、互いに接していても、また接触しない程度に出来るだけ近づけて配置されていても良い。非接触とする場合、熱膨張や振動等が生じても接しない程度に出来るだけ近づける。

この発明において、隣り合う円筒型リニアモータの中心部を結ぶ仮想直線と、その隣り合う円筒型リニアモータの外周面の接線との間に形成される隙間部に、前記円筒型リニアモータのコイルユニットに給電する結線部を配置しても良い。
円筒型リニアモータを相互に隣接配置する場合、そのコイルユニットへの給電用の結線部が突出して配置の障害となることがある。上記のように、隣り合う円筒型リニアモータの中心部を結ぶ仮想直線と、その隣り合う円筒型リニアモータの外周面の接線との間に形成される隙間部に結線部を配置すると、隣合う円筒型リニアモータ間の隙間部を効率的に用いて結線部を配置でき、より一層コンパクトなリニアモータとすることができる。

この発明において、前記複数の円筒型リニアモータに対して共通の１個のコイルケースを設け、このコイルケースに設けた複数箇所のコイルユニット収容空間に、前記各円筒型リニアモータのコイルユニットを収容しても良い。
この構成の場合、コイルケースが個々の円筒型リニアモータに共通のものとなるため、より一層のコンパクト化が可能になる。

この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明における上記のいずれかの構成のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたものである。この明細書で言う「工作機械」とは、旋盤等の切削加工を行う機械に限らず、物を加工する機械一般を示す広義の工作機械であり、パンチプレスやその他のプレス機械を含む意味である。
この構成によると、進退動作する可動部をリニアモータで駆動させるため、回転型のモータを用いるものと異なり、回転を直線運動に変換する機構が不要であり、部品点数が少なく簡素な構造とできる。また、駆動源となるリニアモータは、円筒型リニアモータを互いに並列に隣接配置したものであるため、コンパクトな構成で大きな出力を得ることができる。

この発明のリニアモータは、永久磁石からなる軸部材およびこの軸部材が内部を相対的に移動自在なコイルユニットからなる円筒型リニアモータを複数備え、前記複数の円筒型リニアモータを互いに並列に隣接配置したため、複数本の円筒型リニアモータを用いて出力アップを図ると共に、コンパクトに構成することができる。
隣り合う円筒型リニアモータの配設ピッチが、円筒型リニアモータの直径寸法に略等しい場合は、より一層コンパクトに構成できる。
隣り合う円筒型リニアモータの中心部を結ぶ仮想直線と、その隣り合う円筒型リニアモータの外周面の接線との間に形成される隙間部に、前記円筒型リニアモータのコイルユニットに給電する結線部を配置した場合は、コイルユニットに給電する結線部が、円筒型リニアモータの並設間隔に影響することが回避でき、よりコンパクト化が可能となる。
前記複数の円筒型リニアモータに対して共通の１個のコイルケースを設け、このコイルケースに設けた複数箇所のコイルユニット収容空間に、前記各円筒型リニアモータのコイルユニットを収容した場合は、より一層のコンパクト化が可能になる。

この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えるため、部品点数が少なく簡素な構造とすることができる。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。このリニアモータ１は、複数の円筒型リニアモータ２を互いに並列に隣接配置したものである。並列に隣接配置する形態として、この例では同一仕様の円筒型リニアモータ２を、出力軸中心Ｏを中心とする仮想の円上に円周方向に並べて配置している。

各円筒型リニアモータ２は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材３と、この軸部材３の周囲を囲む複数のコイル５を前記軸方向に並べてなり前記軸部材３が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニット４とでなる。コイルユニット４はステータとなり、軸部材３が移動体となる。なお軸部材３をステータとしても良い。軸部材３は、１本の丸棒状の部材からなるが、複数個の永久磁石を軸方向に並べたものであっても良い。

コイルケース７は、複数の円筒型リニアモータ２に対して共通して１個設けられ、このコイルケース７に設けた複数箇所のコイルユニット収容空間８に、各円筒型リニアモータ２のコイルユニット４が収容してある。コイルユニット収容空間８は、コイルケース７に両端に貫通して設けられた軸部材貫通孔９の周囲の円環状凹部として設けられている。

各円筒型リニアモータ２の軸部材３は、コイルケース７の軸部材貫通孔９を貫通し、両端が板状の連結部材１０，１１により相互に連結されている。片方の連結部材１１における円筒型リニアモータ２の配列の中心Ｏに、出力軸１２が形成されている。もう片方の連結部材１１には、中心部にガイド軸１３が設けられ、コイルケース７に設けられたガイド孔１４内に、滑り軸受となるブッシュ１５を介して摺動自在に嵌合している。ガイド軸１３とコイルケース７との間には、回り止め手段１６として、ガイド軸１３の外周にキー溝１７が設けられ、このキー溝１７に摺動自在に係合するキー１８がコイルケース７に固定されている。

なお、この実施形態では、複数の円筒型リニアモータ２を共通のコイルケース７内に収容したが、個々の円筒型リニアモータ２毎に個別の円筒状のコイルケース（図示せず）を設けてコイルユニット４を収容し、その個別のコイルケースを相互にフレーム等の結合体（図示せず）で結合しても良い。

隣り合う円筒型リニアモータ２の配設ピッチＰは、これら円筒型リニアモータ２の直径寸法Ｄに略等しくしてある。この円筒型リニアモータ２の直径寸法Ｄは、コイルユニット４の直径であり、この実施形態のように共通のコイルケース７内に各円筒型リニアモータ２のコイルユニット４を収容した場合、上記直径寸法Ｄはコイル５の直径寸法となる。個々の円筒型リニアモータ２におけるコイルユニット４を個別のコイルケースに収容した場合は、その個別のコイルケースの直径寸法が、上記円筒型リニアモータ２の直径寸法となる。

各円筒型リニアモータ２のコイルユニット４には、給電用の配線２０を取り出す結線部１９が設けられている。また、この結線部１９に、コイルユニット４における個々のコイル５を相互に接続する配線（図示せず）が設けられる。
各円筒型リニアモータ２の結線部１９は、隣り合う円筒型リニアモータ２の中心部を結ぶ仮想直線Ｌ１と、その隣り合う円筒型リニアモータ２の外周面の接線Ｌ２との間に形成される隙間部Ｓに配置してある。なお、コイルケース７には、結線部１９および配線２０が収容される開口部２１が設けられている。
なお、コイルケース７には、冷却手段を設けても良い。

この構成のリニアモータ１によると、各円筒型リニアモータ２のコイルユニット４に同期して励磁電流を与え、その電流の方向を正逆に切り換えることにより、各円筒型リニアモータ２の軸部材３が、連結部材１０と共に進退する。この連結部材１０の進退が、出力軸１２の進退出力として取り出される。なお、図１（Ａ）は出力軸１２が下降端まで下降した状態を、図２は出力軸１２が上昇端まで上昇した状態をそれぞれ示す。

このリニアモータ１は、このように複数本の円筒型リニアモータ２を並列に配置したため、個々の円筒型リニアモータ２が出力の小さなものであっても、大きな出力を得ることができる。

また、個々のリニアモータ２を、外径が円筒形である円筒型リニアモータとして互いに並列に配置し、かつ円筒型リニアモータ２同士を隣接配置したため、コンパクトに構成することができる。この場合に、隣り合う円筒型リニアモータ２の配設ピッチＰが、円筒型リニアモータ２の直径寸法Ｄに略等しくしてあるため、よりコンパクトに構成できる。なお隣合う円筒型リニアモータ２は、互いに接していても、また接触しない程度に出来るだけ近づけて配置されていても良い。非接触とする場合、熱膨張や振動等が生じても接しない程度に出来るだけ近づける。

この実施形態では、複数の円筒型リニアモータ２を共通の１個のコイルケース７に設けたコイルユニット収容空間８に収容しており、コイルケース７が個々の円筒型リニアモータ２に共通のものとなるため、より一層のコンパクト化が可能になる。
また、この実施形態では、隣り合う円筒型リニアモータ２の中心部を結ぶ仮想直線Ｌ１と、その隣り合う円筒型リニアモータ２の外周面の接線Ｌ２との間に形成される隙間部Ｓに、コイルユニット４への給電用の結線部１９を配置したため、隣接する円筒型リニアモータ２間の隙間部Ｓを効率的に用いて結線部１９を配置でき、より一層コンパクトなリニアモータとすることができる。

なお、上記実施形態では、個々の円筒型リニアモータ２を円上に配置したが、各円筒型リニアモータ２は隣接して配置されていれば良く、また、互いに接しない程度にできるだけ近接して配置してあれば好ましく、他に種々の配置形態が採用できる。

例えば、図３のように、円筒型リニアモータ２を複数列に配置しても良く、また図４に示すように、正方形の各辺に円筒型リニアモータ２が位置するように配置しても良い。
この他に、図５に示すように、円筒型リニアモータ２を複数列でかつ千鳥状に配置しても良く、また図６に示すように、円筒型リニアモータ２を俵積み状に配置しても良い。

図７は、リニアモータを駆動源として用いた工作機械の一例であるプレス機械を示す。このプレス機械は、フレーム４１の下部に工具支持体４２，４３と、ワーク送り機構４４とを設置し、フレーム４１の上部にプレス駆動源として、リニアモータ１を用いたプレス機構４５を設置したものである。

工具支持体４２，４３は、同心に設置された上下のタレットからなり、上下の工具支持体４２，４３には円周方向の複数箇所に、それぞれパンチ金型，ダイ金型である工具が搭載される。これらパンチ金型，ダイ金型は、工具支持体４２，４３の回転によって所定のパンチ位置Ｐに割り出される。ワーク送り機構４４は、板材のワークＷの縁部をワークホルダ４７で把持し、ワークＷをテーブル４８上で前後左右に移動させるものである。

プレス機構４５は、工具支持体４２のパンチ位置Ｐに割り出されたパンチ金型を昇降させるラム４９を、ラムガイド５０により昇降自在に支持し、ラム４９をリニアモータ１によって昇降駆動させるものである。リニアモータ１には、例えば図１〜図２と共に前述した第１の実施形態のもの、または図３〜図６に示すいずれかの実施形態のものが用いられる。リニアモータ１は、そのコイルユニット４（図１）がフレーム４１に固定され、軸部材３が可動部であるラム４９に結合される。図１の実施形態では、コイルケース７がフレーム４１に固定され、出力軸１２がラム４９に結合される。

この構成のプレス機械によると、プレス駆動源としてリニアモータ１を用いるため、回転型のモータを用いるものに比べて、回転をラム４９の直線運動に変換する機構が不要であり、プレス機構４５の部品点数が少なく構成が簡素となる。また、プレス駆動源として油圧シリンダを用いるものと比べて、油圧ユニットが不要で、構成が簡単になる。しかもリニアモータ１は、位置精度に優れており、加工品質，精度の良い加工が可能となる。

なお、この発明のリニアモータは、プレス機械に限らず、工具またはワークを移動させる可動部を備えた工作機械一般において、前記可動部の駆動に用いることができる。さらに、工作機械に限らず、種々の機器の駆動源として用いることができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るリニアモータの縦断面図、同図（Ｂ）はその横断面図である。 同リニアモータの動作状態を示す断面図である。 この発明の他の実施形態に係るリニアモータにおける各円筒型リニアモータの配置関係を示す説明図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るリニアモータにおける各円筒型リニアモータの配置関係を示す説明図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るリニアモータにおける各円筒型リニアモータの配置関係を示す説明図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るリニアモータにおける各円筒型リニアモータの配置関係を示す説明図である。 この発明の一実施形態に係るリニアモータを用いた工作機械であるプレス機械の側面図である。

符号の説明

１…リニアモータ
２…円筒型リニアモータ
３…軸部材
４…コイルユニット
５…コイル
７…コイルケース
８…コイルユニット収容空間
９…軸部材貫通孔
１０，１１…連結部材
１２…出力軸
１３…ガイド軸
１４…ガイド孔
１９…結線部
２０…配線
４１…フレーム
４５…プレス機構
Ｄ…直径寸法
Ｌ１…仮想直線
Ｌ２…接線
Ｏ…出力軸中心
ｐ…配設ピッチ

Claims (5)

1. 永久磁石からなる軸部材およびこの軸部材が内部を相対的に移動自在なコイルユニットを有する円筒型リニアモータを複数備え、前記複数の円筒型リニアモータを互いに並列に隣接配置したことを特徴とするリニアモータ。
2. 隣り合う円筒型リニアモータの配設ピッチが、円筒型リニアモータの直径寸法に略等しい請求項１記載のリニアモータ。
3. 隣り合う円筒型リニアモータの中心部を結ぶ仮想直線と、その隣り合う円筒型リニアモータの外周面の接線との間に形成される隙間部に、前記円筒型リニアモータのコイルユニットに給電する結線部を配置した請求項１または請求項２記載のリニアモータ。
4. 前記複数の円筒型リニアモータに対して共通の１個のコイルケースを設け、このコイルケースに設けた複数箇所のコイルユニット収容空間に、前記各円筒型リニアモータのコイルユニットを収容した請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリニアモータ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたリニアモータ搭載工作機械。

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