JP2009089518A - リニアモータ及びリニアモータの取付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工しなくても、ハウジング側を相手部品に取り付けることができるリニアモータを提供する。
【解決手段】筒状のハウジング８に筒状のコイル５ａ，５ｂを収容する。筒状のコイル５ａ，５ｂに、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材１を挿入する。ハウジング８に、軸部材１が直線運動できるように軸部材１を支持する樹脂製の軸受部２１を装着する。ハウジング８側を相手部品に取り付けるための取付け部２２を、軸受部２１と樹脂で一体に成型する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに軸部材を挿入し、軸部材を直線運動させるリニアモータ及びリニアモータの取付け方法に関する。

リニアモータは、回転形のモータの固定子側と可動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。

リニアモータの一種として、円筒形のコイルを中心を合わせて積層し、積層して出来たコイルの中空空間内にマグネットを有する軸部材を挿入した円筒形のリニアモータが知られている（例えば特許文献１参照）。コイルに電流を流すと磁場が発生し、コイルの磁場と永久磁石の磁場との相互作用によって、軸部材を直線運動させる推力が発生する。この種のリニアモータにおいて、コイルは筒状のハウジングに収容される。軸部材は、ハウジングに装着される軸受に直線運動可能に支持される。

リニアモータを使用するとき、ハウジング側又は軸部材側を相手部品に取り付ける必要がある。ハウジング側が固定子になる場合、ハウジング側を相手部品に取り付け、ハウジングで支持した軸部材をハウジングに対して直線運動させる。従来、ハウジングを相手部品に固定するためには、コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工し、この取付けねじ又は取付け孔を利用してハウジングを相手部品に直接取り付けていた。
特開２００６−３５３０２４号公報

しかし、ハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工するためには、ハウジングの厚さを取付けねじ又は取付け孔が加工できる程度に厚くしたり、また、ハウジングの形状を取付けねじ又は取付け孔が加工できる形状に変更したりする必要がある。ハウジングが直接取り付けられる相手部品にも、取付け面を平坦面にする必要（取付け面が凸凹していると軸部材が斜めに取り付く）や、取付けねじと同じピッチで通し孔を加工する必要があるなど、加工精度が要求される。

そこで本発明は、コイルが収容されるハウジングに取付けねじ又は取付け孔を加工しなくても、ハウジング側を相手部品に取り付けることができるリニアモータ及びリニアモータの取付け方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を備えるリニアモータにより、上記課題を解決する。

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において、前記取付け部は、前記軸受部に連続すると共に、前記軸部材の軸線と直交する平面内に配置される直交プレートと、前記直交プレートに連続し、前記軸部材の軸線と平行な平面内に配置されると共に、取り付け孔が開けられるフランジプレートと、を有す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において、前記軸受部は、筒状のハウジングの内周面に嵌まる環状の突起部と、この突起部の周縁に設けられ、前記ハウジングの軸線方向の端面に当接する周縁部と、を有し、前記突起部を前記ハウジングの内周面に嵌め、前記周縁部を前記ハウジングの端面に当接させることによって、前記軸受部を前記ハウジングに固定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状の第一のハウジングと、前記第一のハウジングの長手方向に並べて配置され、筒状のコイルが収容される筒状の第二のハウジングと、前記第一及び前記第二のハウジングの前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記第一のハウジングと前記第二のハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する中間ブッシュと、前記第一のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第一のブッシュと、前記第二のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第二のブッシュと、を備え、前記中間ブッシュは、前記第一及び前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部を有し、前記第一のブッシュは、前記第一のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第一のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有し、前記第二のブッシュは、前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第二のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有するリニアモータにより、上述した課題を解決する。

請求項５に記載の発明は、筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、を備えるリニアモータを相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法において、軸受部に一体に樹脂成型された取付け部を利用して、前記ハウジング側を相手部品に取り付けることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。軸受部及び取付け部は、樹脂の成型品であるので、取付け孔やフランジ形状などを容易に付加することができる。

請求項２に記載の発明によれば、たとえ相手部品の加工精度が悪い場合でも、直交プレート及びフランジプレートの少なくとも一方が撓み、相手部品の加工精度の悪さを吸収するので、軸受部による軸部材の案内に悪影響を及ぼすことを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、軸受部をハウジングと同軸に位置決めできると共に、軸受部をハウジングに容易に固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、筒状のコイルを有する複数のハウジングを軸線方向に並べて配置することができる。また、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。

請求項５に記載の発明によれば、軸部材を支持する目的で使用される軸受部にハウジング取付け機能を付加させることにより、ハウジング側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。軸受部及び取付け部は、樹脂の成型品であるので、取付け孔やフランジ形状などを容易に付加することができる。

以下、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ないし図３は本発明の第一の実施形態におけるリニアモータの外観図を示す。図１はリニアモータの外観斜視図を示し、図２はハウジングを透過させたリニアモータの斜視図を示し、図３は軸線に沿ったリニアモータの断面図を示す。

図１及び図２に示されるように、移動子である軸部材１は、固定子である円筒状のフォーサ２に覆われる。軸部材１の軸線方向の両端部はフォーサ２から突出する。図２に示されるように、フォーサ２の円筒状のハウジング８内には、円筒状のコイル５ａ，５ｂが収容される。

図３に示されるように、軸部材１は、円筒状のパイプ４に複数の永久磁石３を挿入してなる。永久磁石３によって、軸部材１にはＮ極及びＳ極の磁極が所定のピッチで軸線方向に交互に着磁される。フォーサの各コイル５ａ，５ｂ間には、位相をずらすためのスペーサ１４が介在される。この実施形態のリニアモータはステッピングモータであり、二相のコイル５ａ，５ｂの励磁電流を切り替えることで、軸部材１を所定のステップ量ずつ軸線方向に直線運動させる。

図４は軸部材１の軸線に沿った断面図を示し、図５は軸部材１の正面図を示す。永久磁石３は、保磁力の高いネオジウム磁石などの希土類磁石である。円筒状のパイプ４は、ステンレスなどの金属製であるか、又は樹脂製である。パイプ４内には、複数の円柱形の永久磁石３がＮ極同士及びＳ極同士が向かい合うように挿入される。永久磁石３の境目にＮ極又はＳ極の磁極が形成される。永久磁石３の軸線方向の厚みは一定であるので、軸線方向に一定のピッチでＮ極及びＳ極が交互に形成される。パイプ４に永久磁石３を挿入した後、パイプの両端はエンドプラグ７で塞がれる。エンドプラグ７は例えば接着、ねじ結合などによってパイプ４に固定される。エンドプラグには、直線運動させる対象を取り付けるためのねじが加工される。軸部材１の断面形状は、円形でなくても、扁平な楕円形であってもよく、また、四角形などの多角形であってもよい。

図２及び図３に示されるように、フォーサ２は、円筒状のハウジング８に二相のコイル５ａ，５ｂを挿入してなる。円筒状ハウジング８は、珪素鋼などの磁性材料からなる。各コイル５ａ，５ｂの軸線方向の両端には、磁気回路を形成するためのリング状のポール１０が配置される。ポール１０も珪素鋼などの磁性材料からなる。この実施形態では、コイルが一組のコイル５ａ，５ｂから構成されているが、二組、三組などの複数組のコイル５ａ，５ｂから構成されてもよい。

ハウジング８の両端部には、軸部材１を支持するブッシュ１１が設けられる。ブッシュ１１と軸部材１との間のすきまは、コイル５ａ，５ｂと軸部材１の間のすきまよりも小さい。ブッシュ１１は、軸部材１とコイル５ａ，５ｂが接触するのを防止する。ブッシュ１１は、フォーサ２に対して軸部材１が直線運動できるように軸部材１を支持する。ブッシュ１１は、軸部材１を案内する機能を有する他、ハウジング８側を相手部品に取り付けるブラケットとしても機能する。ブッシュ１１の詳細な構造については後述する。

図３に示されるように、両端にポール１０が配置された状態で各コイル５ａ，５ｂの磁極ピッチＬ１（コイル５ａ，５ｂの両端部のポール１０の中心間の距離Ｌ１）は、軸部材１のＮ−Ｓ間の磁極ピッチＬ２の実質的に２Ｎ＋１倍（Ｎ：正の整数）に設定される。すなわち、コイル５ａ，５ｂの両端部の一対のポール１０のうち、一方のポール１０が軸部材１のＮ極上にあるときは、他方のポール１０が軸部材１のＳ極上にあるという関係を保つ。

スペーサ１４は、二相のコイル５ａ，５ｂ間の間隔を一定に保つために設けられる。スペーサ１４は樹脂製であり、円筒形状に形成される。スペーサ１４の軸線方向の長さＬ３は、二相のコイル５ａ，５ｂの位相を電気角で９０度、すなわち軸部材１のＳ−Ｓ間の磁極ピッチＬ４の実質的に１／４倍ずらすように設定される。

二相のコイル５の励磁方式の一例を説明する。ここでは、１相だけに電流を流していく１相励磁方式について説明する。最初のステップでＡ相のコイル５ａを励磁し、次のステップでＢ相のコイル５ｂを励磁する。さらに次のステップでＡ相のコイル５ａに反対方向の電流を流し（−Ａ相）、次のステップでＢ相のコイル５ｂに反対方向に電流を流す（−Ｂ相）。１〜４までのステップが１周期となり、この間に軸部材１はＮ−Ｎ間の磁極ピッチだけ直線運動する。この励磁方式を繰り返すことで、軸部材を必要な量だけ直線運動させることができる。なお、１相励磁方式の他に、Ａ相とＢ相の二つの相に渡り電流を流して駆動する２相励磁方式を採用してもよい。二相のコイル５ａ，５ｂは、ユニポーラ方式によって励磁されてもよいし、バイポーラ方式によって励磁されてもよい。

図６及び図７はブッシュ１１を示す。図６はブッシュ１１の斜視図を示し、図７はブッシュ１１の側面図を示す。ブッシュ１１は、軸部材１が直線運動できるように軸部材１を支持する軸受部２1と、ハウジング８側を相手部品に取り付けるための取付け部２２と、を有する。軸受部２１と取付け部２２とは、いずれも樹脂製で一体に射出成型される。

軸受部２１は、円筒状のハウジング８の内周面に嵌まる環状の突起部２１ａと、ハウジング８の軸線方向の端面に当接する周縁部２１ｂと、を有する。軸部材１は、環状の突起部２１ａの内周面を滑り接触する。突起部２１ａをハウジング８の内周面８ａ（図８参照）に嵌め、周縁部２１ｂをハウジング８の端面８ｂに当接させることで、軸受部２１をハウジング８に固定することができる。軸受部２１とハウジング８との結合は所謂インロー結合であるので、軸受部２１をハウジング８と同軸に位置決めできると共に、軸受部２１をハウジング８に容易に固定することができる。

図７に示されるように、ブラケットとして機能する取付け部２２は、軸受部２１に連続すると共に、軸部材１の軸線Ｃと直交する平面内Ｐ１に配置される直交プレート２２ａと、直交プレート２２ａに連続すると共に、軸部材１の軸線Ｃと平行な平面Ｐ２内に配置されるフランジプレート２２ｂと、を有する。フランジプレート２２ｂには、取付け部２２を相手部品に取付けるための通し孔２２ｃ（図２参照）が開けられる。

フォーサ２の組立て方法を説明する。まず、銅線を巻いてコイル５ａ，５ｂ単体を組み立てる。各コイル５ａ，５ｂの両端にポール１０を取り付けた後、Ａ相コイル５ａとＢ相コイル５ｂとの間にスペーサ１４を介在させ、コイル５ａ，５ｂをハウジング８内に挿入する。ハウジング８とポール１０とを位置決めした後、接着剤によって、ハウジング８とコイル５ａ，５ｂを固定する。その後、ブッシュ１１の軸受部２１をハウジング８に圧入することで、ブッシュ１１がハウジング８に固定される。

組み立てたフォーサ２を相手部品に取り付けるときは、ブッシュ１１の取付け部２２の通し穴２２ｃにボルト等の締結部材を通し、締結部材を相手部品にねじ込む。

このように、軸部材１を支持する目的で使用されるブッシュ１１にハウジング８側の取付け機能を付加させることにより、ハウジング８側に取付けねじなどを加工する必要がなくなる。また、たとえ相手部品の加工精度が悪い場合でも（例えば相手部品の取付け面が凸凹でも）、直交プレート２２ａ及びフランジプレート２２ｂの少なくとも一方が撓み、相手部品の加工精度の悪さを吸収するので、軸受部２１による軸部材１の案内に悪影響を及ぼすこともない。

図９は、本発明の第二の実施形態のリニアモータを示す。この実施形態のリニアモータは、第一の実施形態のリニアモータのフォーサ２を長手方向に連続して並べたものである。フォーサ２単体の構成は、上記第一の実施形態のリニアモータと同一である。

並べられた第一及び第二のハウジング８−１，８−２間には、共通の中間ブッシュ２４が設けられる。隣接するフォーサ２のＡ相のコイル５ａ同士、Ｂ相のコイル５ｂ同士の位相が一致するように、中間ブッシュ２４の厚さが設定される。連結されるフォーサ２，２の軸線方向の両端部には、第一ブッシュ１１−１及び第二のブッシュ１１−２が設けられる。第一及び第二のブッシュ１１−１，１１−２の構造は、第一の実施形態のリニアモータのブッシュ１１と同一である。

図１０に示されるように、中間ブッシュ２４は、軸部材１を支持する軸受部２５と、ハウジング８側を相手部品に取り付けるための取付け部２６と、を有する。軸受部２５と取付け部２６とは、いずれも樹脂製で一体に射出成型される。軸受部２５は、円筒状のハウジング８の内周面に嵌まる環状の突起部２５ａと、ハウジング８の軸線方向の端面に当接する周縁部２５ｂと、を有する。この実施形態においては、中間ブッシュ２４を挟んで設けられる第一及び第二のハウジング８−１，８−２に嵌まり込むことができるように、突起部２５ａ及び周縁部２５ｂは、中間ブッシュ２４の表側と裏側の両方に形成される。Ｌ字状に折れ曲がる取付け部２６は、第一の実施形態のリニアモータと同様に、直交プレート２６ａ及びフランジプレート２６ｂから構成される。なお、中間ブッシュ２４に取付け部２６を形成しなくても、第一及び第二のブッシュ１１−１，１１−２に取付け部２２を形成すれば、リニアモータを相手部品に取り付けることができる。このため、取付け部２６は省略することも可能である。

図１１に示されるように、中間ブッシュ２４の環状の突起部２５ａがフォーサ２のハウジング８−１，８−２の内周面に嵌められる。複数の中間ブッシュ２４を設けることで、必要な推力が得られるまでフォーサ２を長手方向に連続的に並べることができる。

なお、本発明は上記実施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実施形態に具現化できる。例えば、本発明のリニアモータはステッピングモータに限られず、三相交流電流によって駆動させる永久磁石同期モータにも適用できる。この場合、コイルは、三相交流電流が供給されるＵ，Ｖ及びＷ相の三相コイルからなる。コイルの軸線方向の両端部のポールやスペーサは省略される。

本発明の第一の実施形態におけるリニアモータの斜視図 ハウジングを透過させたリニアモータの斜視図 軸線に沿ったリニアモータの断面図 軸部材の軸線に沿った断面図 軸部材の正面図 ブッシュの斜視図 ブッシュの側面図 軸部材とブッシュの一つを省略したリニアモータの斜視図 本発明の第二の実施形態のリニアモータの斜視図 中間ブッシュの斜視図 ハウジングとブッシュの嵌め合いを示す斜視図

符号の説明

１…軸部材
２…フォーサ
３…永久磁石
５ａ，５ｂ…コイル
８…ハウジング
８−１…第一のハウジング
８−２…第二のハウジング
１０…ポール
１１…ブッシュ
１１−１…第一のブッシュ
１１−２…第二のブッシュ
１４…スペーサ
２1…軸受部
２１ａ…突起部（軸受部）
２１ｂ…周縁部（軸受部）
２２，２６…取付け部
２２ａ，２６ａ…直交プレート（取付け部）
２２ｂ，２６ｂ…フランジプレート（取付け部）
２４…中間ブッシュ
２５…軸受部
２５ａ…突起部（軸受部）
２５ｂ…周縁部（軸受部）

Claims (5)

1. 筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、
   前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、
   前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、
   前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を備えるリニアモータ。
2. 前記取付け部は、
   前記軸受部に連続すると共に、前記軸部材の軸線と直交する平面内に配置される直交プレートと、
   前記直交プレートに連続し、前記軸部材の軸線と平行な平面内に配置されると共に、取り付け孔が開けられるフランジプレートと、を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記軸受部は、筒状のハウジングの内周面に嵌まる環状の突起部と、この突起部の周縁に設けられ、前記ハウジングの軸線方向の端面に当接する周縁部と、を有し、
   前記突起部を前記ハウジングの内周面に嵌め、前記周縁部を前記ハウジングの端面に当接させることによって、前記軸受部を前記ハウジングに固定す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。
4. 筒状のコイルが収容される筒状の第一のハウジングと、
   前記第一のハウジングの長手方向に並べて配置され、筒状のコイルが収容される筒状の第二のハウジングと、
   前記第一及び前記第二のハウジングの前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、
   前記第一のハウジングと前記第二のハウジングとの間に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する中間ブッシュと、
   前記第一のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第一のブッシュと、
   前記第二のハウジングの軸線方向の端部に設けられ、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する第二のブッシュと、を備え、
   前記中間ブッシュは、前記第一及び前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部を有し、
   前記第一のブッシュは、前記第一のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第一のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有し、
   前記第二のブッシュは、前記第二のハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、前記軸受部と樹脂で一体に成型され、前記第二のハウジング側を相手部品に取り付けるための取付け部と、を有するリニアモータ。
5. 筒状のコイルが収容される筒状のハウジングと、前記筒状のコイルに挿入され、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に着磁される軸部材と、前記ハウジングに装着され、前記軸部材が直線運動できるように前記軸部材を支持する樹脂製の軸受部と、を備えるリニアモータを相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法において、
   軸受部に一体に樹脂成型された取付け部を利用して、前記ハウジング側を相手部品に取り付けるリニアモータの取付け方法。

Images