JP2009095142A - リニアモータ、駆動ステージおよびｘｙ駆動ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】電機子ユニットの配置方法を工夫することによって固定子と可動子との間に働く磁気吸引力を機械的に相殺し、組立を簡単にしたリニアモータを提供する。
【解決手段】リニアモータ５１は、進行方向に沿って複数の磁石を配置した一次側部材（図示せず）と、進行方向に沿ってコアと電機子巻線からなる電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃを配置するとともに各電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃ間にスペーサ２１を介在させた二次側部材とによって構成され、一次側部材と二次側部材が相対的に移動するようになっている。このような構成において、側面部材２０ｂをＹ方向にスライドさせると、側面部材２０ｂの凹部２２ａ２とスペーサ２１の凸部２２ｂ２が嵌まり合って楔形に組み合わされる。また、上面部材２０ａをＸ方向にスライドすると凹部２２ａ１と凸部２２ｂ１が嵌まり合って楔形に組み合わされる。よって電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１が一体化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な構造を有し容易に高精度の組立が可能であるリニアモータ、ならびに、そのリニアモータを用いた信頼性の高い駆動ステージおよびＸＹ駆動ステージに関する。

従来のリニアモータは、回転電機を切り開いて直線状に展開した構成を有し、例えば、電機子巻線を有する固定子と、その固定子と空隙（エアギャップ）を隔てて相対的に移動可能に支持された永久磁石を有する可動子とによって構成されている。したがって、固定子と可動子との間には大きい磁気吸引力が働き、この磁気吸引力に抗してエアギャップを一定に保つために支持機構の負担が大きく、リニアモータやリニアモータを用いた装置の小型化や簡素化が難しい問題点があった。

そこで、このような問題を解決するために、固定子と可動子との間に働く磁気吸引力を相殺して、可動子の支持機構への負担軽減を図ったリニアモータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このリニアモータは、Ｃ型ヨークに電機子巻線を有する固定子が、空隙を介し可動子を挟むように配置して相殺磁力を発生させ、可動子の支持機構への負担を軽くすることによって、小型化および信頼性の向上を図ったものである。
特開平１０−１７４４１８号公報（段落［０００６］、および図１〜図４参照）

しかしながら、前記従来のリニアモータは、電機子ユニットと可動子の間に磁気吸引力が一方向に働くため、可動子の支持機構に大きな負担がかかり、リニアモータの構造に歪みが生じ、動作精度が低下する問題点があった。また、１つの固定子ユニットに複数の巻線が巻回され、さらに、隣接する固定子磁極には相異なる巻線が巻回される構造になっているため、リニアモータ全体の構造が複雑になる問題点があった。さらに、固定子と可動子との間に働く大きい磁気吸引力に抗し、エアギャップを一定に保つために、精密加工した部品同士の組立精度を高くする必要があり、また、ボルトなどを用いて締め付け箇所を多くする必要があるので組立工数が多くなる問題点があった。

また、前記リニアモータ（特許文献１に記載）は、可動子の支持機構への負担を軽くするために固定子と可動子との間に働く磁気吸引力を相殺しているため、リニアモータの駆動方向の磁気吸引力も減少してしまうので、リニアモータの効率が低下してしまう問題点があった。また、１つの固定子ユニットに複数の電機子巻線が巻回されているために構造が複雑になる問題点があった。さらに、このリニアモータでは、隣接する固定子磁極には、磁極の相違した電機子巻線が巻回される構造になっているため、それぞれの固定子の占有スペースおよび磁気ピッチを広くするため容積効率が悪くなり、小型化が困難である問題点があった。

本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造を有し容易に高精度の組立が可能であるリニアモータ、ならびに、そのリニアモータを用いた信頼性の高い駆動ステージおよびＸＹ駆動ステージを提供することを目的とする。

前記した目的を達成するために、本発明によるリニアモータは、複数の磁石を進行方向に沿って配置した一次側部材と、電機子ユニットおよびスペーサを前記進行方向に沿って配置した二次側部材と、を備え、一次側部材と二次側部材とが相対移動するリニアモータであって、二次側部材はアリガタまたはアリミゾからなる第１の凹凸形状部を有し、第１の凹凸形状部に嵌め合いうる形状のアリミゾまたはアリガタからなる第２の凹凸形状部を有する外装部材を備え、第２の凹凸形状部と第１の凹凸形状部とを嵌め合わせ、外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とする。なお、第１の凹凸形状部は、二次側部材を構成するスペーサや電機子ユニットに形成してもよい。

本発明によれば、簡易な構造を有し容易に高精度の組立が可能であるリニアモータ、ならびに、そのリニアモータを用いた信頼性の高い駆動ステージおよびＸＹ駆動ステージを提供できる。

次に、本発明による各実施形態について、添付した図面を参照し詳細に説明する。なお、同一または実質的に同一の構成要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

《第１実施形態》
図１は、本発明による第１実施形態に係るリニアモータ５１の組立展開図である。
図１に示すように、電機子ユニットＡ、電機子ユニットＢ、および電機子ユニットＣの間には、それぞれ、スペーサ２１が進行方向（Ｙ方向）に沿って配置され、各スペーサ２１の側面にはそれぞれ凸部（第１の凹凸形状部）２２ｂ１、２２ｂ２が付設されている。そして、凸部２２ｂ１に嵌まり合うような凹部（第２の凹凸形状部）２２ａ１を備えたＸ方向にスライドする上面部材（外装部材）２０ａと、凸部２２ｂ２に嵌まり合うような凹部（第２の凹凸形状部）２２ａ２を備えたＹ方向にスライドする側面部材（外装部材）２０ｂとが、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１を一体化する構造になっている。なお、側面部材２０ｂには凸部（第３の凹凸形状部）２２ｂ１′が設けられていて、この凸部２２ｂ１′が上面部材２０ａの凹部２２ａ１と嵌まり合うようになっている。

凹部２２ａ１は、この図のＸ方向から観察すると、スペーサ２１との取り付け面から億部に向かうに従って、その幅が広がった楔状を成している。そのほか、凹部２２ａ２など他の凸部も、他の部材との取り付け面から突出するに従って、その幅が広がった楔状を成している。
また、凸部２２ｂ１，２２ｂ１′は、この図のＸ方向から観察すると、側面部材２０ｂ，上面部材２０ａとの取り付け面から突出するに従って、その幅が広がった楔状を成している。そのほか、凸部２２ｂ２など他の凸部も、他の部材との取り付け面から突出するに従って、その幅が広がった楔状を成している。
つまり、凹部２２ａ１などの各凹部は、いわゆるアリミゾとして働き、凸部２２ｂ１などの凹部は、いわゆるアリガタとして働く。したがって、各凹部と各凸部の嵌り合いは、アリミゾ−アリガタの関係にある。

この形状により、上面部材２０ａと、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃおよびスペーサ２１とをＸ方向に摺動させて組み付けると、凹部２２ａ１に凸部２２ｂ１が嵌り合う。このとき、凹部２２ａ１は、凸部２２ｂ１の基部に向かってすぼまっていて（つまり、奥部に向かって広がっていて）、凸部２２ｂ１は、凹部２２ａ１の出口部（奥部の反対側）に向かって広がっている。このため、凸部２２ｂ１と、凹部２２ａ１とが脱出しにくく、また、高精度に組み上げられる。

図２は、図１に示す組立展開図に基づいて組み立てられたリニアモータ５１の組立工程図である。
図２に示すように、各電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの間に配置されたスペーサ２１の凸部２２ｂ２に合わせて、側面部材２０ｂの凹部２２ａ２が側面に嵌め合わされて側面部材２０ｂが組み立てられ、側面部材２０ｂの貫通穴３１ｂにボルト（締結手段）３０が挿入されスペーサ２１に締め付けられる。同様にして、この工程において、各電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの間に配置されたスペーサ２１の凸部２２ｂ１および側面部材２０ｂの凸部２２ｂ１′に合わせて、上面部材２０ａの凹部２２ａ１が上面に嵌め合わされて上面部材２０ａが組み立てられ、上面部材２０ａの貫通穴３１ａにボルト３０が挿入されてスペーサ２１に締め付けられる。

図３は、図２の工程図に基づいて組み立てられたリニアモータ５１の組立完成図である。
図３では、スペーサ２１の凸部２２ｂ１と上面部材２０ａの凹部２２ａ１、およびスペーサ２１の凸部２２ｂ２と側面部材２０ｂの凹部２２ａ２が組み合わされた状態を示す。すなわち、図３に示すリニアモータ５１は、スペーサ２１の凸部２２ｂ１に合わせて嵌め合わされる凹部２２ａ１を備えたＸ方向の上面部材２０ａと、スペーサ２１の凸部２２ｂ２に合わせて嵌め合わされる凹部２２ａ２を備えたＹ方向の側面部材２０ｂの２枚の部材が凹凸形状部の楔（くさび）形に組み立てられ、それぞれボルト３０によってスペーサ２１に締め付けられた状態を示している。なお、各上面部材２０ａ、２０ｂとスペーサ２１とを固着するには、ボルト３０のほか、例えば、ピン、リベット、接着剤などを用いたり、ロウ付けや溶接などを行ったり、これらを組み合わせてもよい。

また、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃに凸部（第１の凹凸形状部；図示せず）を備え、その凸部に嵌合する凹部（第２の凹凸形状部；図示せず）を上面部材２０ａおよび側面部材２０ｂに設けることにより、スペーサ２１の凸部２２ｂ２と組み合わせてボルト３０などで締め付けてもよい。もちろん、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃにも締め付けボルト３０などが使用できるように、タップで雌ねじを切ったり、ピン穴などを設けて、組み立てるようにする。また、Ｙ方向の側面部材２０ｂとＸ方向の上面部材２０ａをＬ字状の１枚のＬ字型部材２０ｃ（図１６を参照して後記）で構成してスペーサ２１と組み合わせてもよい。

なお、［特許請求の範囲］の［請求項１］から［請求項４］でいう二次側部材とは、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１であり、外装部材とは、上面部材２０ａ、側面部材２０ｂ、および上面部材２０ａと側面部材２０ｂが一体化されたＬ字型部材２０ｃ（後記）である。また、第１の凹凸形状部とは、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１からなる二次側部材に形成された凹部または凸部であり、第２の凹凸形状部とは、上面部材２０ａや側面部材２０ｂなどの外装部材に形成された凸部または凹部である。

したがって、第１実施形態のリニアモータ５１では、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１からなる二次側部材に第１の凹凸形状部を設け、上面部材２０ａや側面部材２０ｂなどの外装部材に第１の凹凸形状部に嵌まり合う第２の凹凸形状部を設けた構成で、外装部材に形成された第２の凹凸形状部が、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃやスペーサ２１などに形成された第１の凹凸形状部に嵌まり合うことにより、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１を一体化している。

図４は、本発明による第１実施形態に係るリニアモータ５１において、凸部と凹部の嵌め合いを示す楔形組み合わせの概略図である。
図４に示すように、スペーサ２１には末広がり形状の凸部２２ｂ１が設けられ、上面部材２０ａには末つぼみ形状の凹部２２ａ１が設けられていて、スペーサ２１と上面部材２０ａを相対的にスライドさせると凸部２２ｂ１と凹部２２ａ１が楔形に組み合わされる。なお、スペーサ２１に凹部を設け、上面部材２０ａに凸部を設けてもよい。また、図４では示されていないが、側面部材２０ｂの凹部２２ａ２とスペーサ２１の凸部２２ｂ２も同様にして楔形に組み合わされる。すなわち、それぞれの凸部と凹部は相互に楔形に嵌まり合うように形成されている。

ここで、図１、図２に示すスペーサ２１の間隔について説明する。電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃが直列に複数個並べられ、それらの電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの磁極ピッチをＰ、隣り合う電機子ユニットを配置可能な範囲で自由に選べる正の整数をｋ（但し、ｋ＝１，２，…）、リニアモータの相数をＭ（但し、Ｍ＝２，３，４，…）としたとき、隣り合う電機子ユニットの磁極歯の間に介在されるスペーサ２１の間隔ＳＰは、次の式（１）で表わされる。
ＳＰ＝（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ） （１）

図５は、本発明による第１実施形態に係るリニアモータ５１の一次側部材と二次側部材の断面構成図である。
図５に示すように、リニアモータ５１は、リング状コア（コア）１に電機子巻線４を有する電機子ユニット１６と、複数の磁石を有する一次側部材２とが相対的に移動可能に構成されている。なお、電機子ユニット１６は、図１で示した電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃに相当するものである。したがって、図５の破線で示す部分は、図１の電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃに示すように、実線で示す電機子ユニット１６の背面側に対向配置された電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの一部を示している。

また、一次側部材２を構成する複数の磁石７（後記）が、永久磁石によって構成されている場合について図示するが、これら複数の磁石７を電磁石で構成するか、電磁石および永久磁石を組み合わせて構成してもよい。リニアモータ５１の電機子ユニット１６は、リング状コア１、電機子歯３、および電機子巻線４で磁気回路を構成し、リング状コア１の一部には、空隙Ｇを介して一次側部材２の永久磁石（図示せず）の表面および裏面の両面に対向した電機子歯３にスリット溝１０が配置されている。そして、電機子歯３のスリット溝１０に沿って、走行可能な凸部材１１が一次側部材２の磁石７面に付設されている。

また、リング状コア１の一部には、空隙Ｇを介して一次側部材２の永久磁石の表面および裏面の両面に対向して電機子歯３が配置され、一次側部材２の永久磁石の長手方向（つまり、紙表から紙裏に向かう方向）に沿ってガイドレール２３０が備えられ、そのガイドレール２３０に合わせて支持機構２３１がリング状コア１側に配置されている。また、リング状コア１の四隅にはボルト（図示せず）を挿通するための貫通穴８が設けられ、複数のリング状コア１が平行に組み立てられるようになっている。

なお、一次側部材２の両脇には支持機構２３１が配置されているが、この支持機構２３１の形状と可動子のガイドレール（図示せず）とは共通に組み合わせて構成してもよい。また、支持機構２３１の支持方法についても、空気静圧軸受け、油静圧軸受けなどによる非接触支持方法でもよいし、平面摺動やリニアガイドレールなどで支持する支持方法でもよい。

図５において、紙表から紙裏に向かう(または紙裏から紙表に向かう)進行方向に沿って配置された複数の電機子ユニット１６（つまり、図１の電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃ）と複数のスペーサ２１（図１、図２参照）は、貫通穴８にボルト（図示せず）を挿通して一体的に締め付けられる。このとき、強度や剛性の低いボルトで締め付けると、電機子ユニット１６にねじれなどの変形が生じ易いので、充分な強度および剛性を有するボルトを用いる。

《第２実施形態》
図６は、本発明による第２実施形態に係るリニアモータ５２の構成図であり、図６（ａ）は一次側部材と二次側部材の断面構成図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す二次側部材の斜視図である。
すなわち、図６（ａ）は、図５に示すリニアモータ５１から貫通穴８、ガイドレール２３０などを省いた構造を示し、図６（ｂ）は、前部リング状コア１ａと後部リング状コア１ｂに電機子巻線４が共通に巻かれた概念を示している。図６（ｂ）に示すように、１組の電機子ユニットごとに、前部リング状コア１ａの電機子歯３の向きと後部リング状コア１ｂの電機子歯３の向きが勝手違いになるように、前部リング状コア１ａと後部リング状コア１ｂを対向配置し、前部リング状コア１ａと後部リング状コア１ｂを共通にして電機子巻線４を巻回している。

図７（ａ）は、本発明による第２実施形態に係るリニアモータ５２の概念を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す一次側部材２を永久磁石にしたときの斜視図である。
すなわち、図７（ａ）に示す一次側部材２は可動子であって、図７（ｂ）に示すように、磁石７が進行方向に沿ってＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極を繰り返すように配置されている。このような構成によって、リニアモータ５２は、電機子歯３と一次側部材２の永久磁石の各磁極が対向しながら、Ｎ、Ｓのピッチ間隔で直線方向にステッピング駆動する。

《第３実施形態》
前記した図１から図３では、スペーサ２１に凸部２２ｂ１、２２ｂ２を備え、上面部材２０ａおよび側面部材２０ｂに凹部２２ａ１、２２ａ２を備えて、上面部材２０ａと側面部材２０ｂによるＸ方向とＹ方向の２面加工の組み合わせを行ったが、第３実施形態では、上面部材２０ａと側面部材２０ｂ′によるＸ方向とＺ方向の２面加工の組み合わせを行う場合について説明する。

図８は、本発明による第３実施形態に係るリニアモータ５３の組立展開図である。
すなわち、図８は、上面部材２０ａと側面部材２０ｂ′とを用いたＸ方向とＺ方向の２面加工によって、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１を組み合わせる場合の展開図を示している。図８に示すように、電機子ユニットＡ、電機子ユニットＢ、および電機子ユニットＣの間には、それぞれ、スペーサ２１が進行方向に沿って配置され、各スペーサ２１の側面にはそれぞれ凸部２２ｂ１、２２ｂ３が付設されている。そして、凸部２２ｂ１に嵌まり合うような凹部２２ａ１を備えたＸ方向にスライドする上面部材２０ａと、凸部２２ｂ３に嵌まり合うような凹部２２ａ３を備えたＺ方向にスライドする側面部材２０ｂ′とが、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１を一体化する構造になっている。

図９は、図８に示す組立展開図に基づいて組み立てられたリニアモータ５３の組立工程図である。
すなわち、図９は、スペーサ２１の凸部２２ｂ３に嵌まり合う凹部２２ａ３を備えた側面部材２０ｂ′を上下方向に（Ｚ方向）に組み合わせた概略を示し、続いて、スペーサ２１の凸部２２ｂ１に嵌まり合う凹部２２ａ１を備えた上面部材２０ａを平面方向に（Ｘ方向）に組み合わせる工程を示している。

図１０は、図９の組立工程図に基づいて組み立てられたリニアモータ５３の組立完成図である。
すなわち、図１０は、側面部材２０ｂ′をＺ方向にスライドさせて該当する凸部と凹部を楔形に嵌め合わせ、さらに、上面部材２０ａをＸ方向にスライドさせて該当する凸部と凹部を楔形に嵌め合わせて、側面部材２０ｂ′と上面部材２０ａを２面楔加工で組み合わせ、必要箇所をボルト３０で締め付けて固定した状態を示している。

《第４実施形態》
図１１は、本発明による第４実施形態に係るリニアモータ５４の組立展開図である。
すなわち、図１１に示すように、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃやスペーサ２１に位置決め凹部２３ｂを備え、上面部材２０ａに位置決め凹部２３ｂに嵌まり合う位置決め凸部２３ａを備えれば、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃやスペーサ２１に対して上面部材２０ａを容易に位置決めして取り付けることができる。

図１２は、図１１における上面部材２０ａとスペーサ２１の位置決め要部を示す概念図であり、図１２（ａ）は組み立て前の状態、図１２（ｂ）は組み立て後の状態を示している。
すなわち、図１２（ａ）に示すように、上面部材２０ａは位置決め凸部２３ａを備えており、スペーサ２１は位置決め凸部２３ａが嵌まり合う位置に位置決め凹部２３ｂを備えている。これによって、図１２（ｂ）に示すように、上面部材２０ａとスペーサ２１を正確に位置決めして組み合わせることができる。

図１３は、本発明による第４実施形態に係るリニアモータ５４の変形例を示す組立展開図である。
すなわち、図１３のリニアモータ５４ｂは、図１１の構成に加えて、上面部材２０ａの表面側にも位置決め凸部２３ａ′を備えている。このようにして、上面部材２０ａの表面と裏面の両面に位置決め凸部２３ａ、２３ａ′を備えておくと、例えば、大型のＸＹ駆動ステージ（図示せず）に本実施形態のリニアモータ５４ｂを取り付ける場合、そのＸＹ駆動ステージの一部に位置決め凸部２３ａ′に嵌まり合う位置決め凹部（図示せず）を備えれば、凹凸形状部が嵌まり合う位置決め機能によって組み立てることができる。したがって、リニアモータ５４ｂとＸＹ駆動ステージ本体との位置決めを簡単に行うことができ、また、リニアモータ５４ｂとＸＹ駆動ステージ本体との剛性を高くすることができる。

《第５実施形態》
図１４は、本発明による第５実施形態において、リニアモータ５１をＸＹ駆動ステージ５５に結合する場合の全体構成図である。
すなわち、図１４は、両側に配置した２本のＹ軸１０３，１０４の上部に１本のＸ軸１０５を組み合わせたＸＹ駆動ステージ５５を示している。Ｙ軸１０４において、凸部（第６／第７の凹凸形状部）を有するリニアモータ側部材１００ａが、凹部（第６／第７の凹凸形状部）を有するＸＹ駆動ステージ側部材１００ｂと凹凸形状部で嵌まり合い、楔形に組み立てられている。また、凹部を有するＹ軸側部材１０１ｂと凸部を有するＸ軸側部材１０１ａとが凹凸形状部で嵌まり合い、楔形に組み立てられている。このようにすることによって部品同士の組み合わせ位置決めが簡単になり、かつ、リニアモータとＸＹ駆動ステージ本体との剛性を強くすることができる。

図１５は、図１４におけるＹ軸１０４とＸ軸１０５の嵌め合い部分の組立展開図である。
図１５に示すように、ＸＹ駆動ステージ５５において、Ｙ軸１０４に配置された凹部を有するＹ軸側部材１０１ｂと、Ｘ軸１０５に配置された凸部を有するＸ軸側部材１０１ａとを相対的にＹ軸方向にスライドさせると、凹凸形状部で嵌まり合う機能によってＹ軸１０４側とＸ軸１０５側が楔形に組み立てられる。

《第６実施形態》
図１６は、本発明による第６実施形態に係るリニアモータ５６の組立展開図である。
第６実施形態では、図１に示すＹ方向の側面部材２０ｂとＸ方向の上面部材２０ａをＬ字状の１枚のＬ字型部材２０ｃで構成して、スペーサ２１および電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃと組み合わせたものである。すなわち、図１６に示すように、Ｌ字型部材（外装部材）２０ｃとスペーサ２１および電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの構成体を相対的にスライドさせれば、Ｌ字型部材２０ｃの凹部（第２の凹凸形状部）２２ａ４とスペーサ２１の凸部（第１の凹凸形状部）２２ｂ４が嵌まり合って、Ｌ字型部材２０ｃとスペーサ２１および電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの構成体を楔形に組み立てることができる。組み立てた後はボルト３０を貫通穴３１ｃに挿通して締め付け固定する。

《比較例》
図１７は、比較例によるリニアモータ５９の組立展開図である。
図１７に示すように、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃおよびスペーサ２１０からなるリニアモータ５９の側面に当てる側面部材２２０ｂおよび上面に当てる上面部材２２０ａには、多数の貫通穴３１０が設けられていて、多数のボルト３００によってスペーサ２１０に締め付けられる。このとき、各ボルト３００を締め付ける力を均等にして、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１０を垂直・水平に保ちながら高精度に一体化しなければならないので、リニアモータ５９の組立加工が極めて難しい。また、部品点数も多くなるので、組立工数が多くなるとともに故障率も高くなる。

ところが、本発明による各本実施形態のリニアモータ５１，５２，５３，５４，５４ｂ、５６（以降、リニアモータ５０と総称する。）においては、極めて少ない部品点数により、可動子が永久磁石側で固定子が電機子巻線側とした組み合わせと、可動子が電機子巻線側で固定子が永久磁石側とした組み合わせの両方を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、少ない組立工数で高精度なリニアモータ５０を組み立てることができるとともに故障率が減少し、信頼性が向上する。

なお、前記した各実施形態以外に、各実施形態の一部だけを採用する組み合わせによってリニアモータ５０を組み立てることもできる。また、各実施形態で用いた図面で示したリニアモータ５０の各構成要素は、その記載された図番を跨って、構成要素を組み合わてもよいし、それらの構成要素の組み合わせをハイブリッド化したりモールド化したりして、一体に形成してもよい。

本発明による各実施形態によれば、進行方向に沿って配置されたコアと電機子巻線４からなる電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃと、その電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃの間に介在したスペーサ２１とを外装部材（上面部材２０ａ，側面部材２０ｂ，２０ｂ′，Ｌ字型部材２０ｃ）によって一体化する場合、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃとスペーサ２１とを垂直および水平に保ちながら一体化することが簡単にでき、かつ、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃと外装部材との剛性を高くすることができる。すなわち、リニアモータ５０の固定子（つまり、電機子ユニットＡ，Ｂ，Ｃやスペーサ２１などの二次側部材）と可動子（つまり、一次側部材）との間に働く磁気吸引力による変形を、二次側部材の第１の凹凸形状部と外装部材の第２の凹凸形状部との嵌め合いによって機械的に抑圧することができる。これによって、固定子と可動子との間に働く磁気吸引力によってリニアモータ５０の構造体が歪みにくくなる。また、リニアモータ５０とＸＹ駆動ステージ本体との剛性も大きくなるので、リニアモータ５０をＸＹ駆動ステージ５５に適用した場合も組み立ての位置決めが簡単になり、高精度なＸＹ駆動ステージ５５を構成できる。

本発明によるリニアモータは、少ない部品点数で高精度に組み立てることができるので、ＸＹ駆動ステージのほか、さまざまな精密工作機械やＮＣ工作機械などに有効に利用することができる。

本発明による第１実施形態に係るリニアモータの組立展開図である。 図１に示す組立展開図に基づいて組み立てられたリニアモータの組立工程図である。 図２の工程図に基づいて組み立てられたリニアモータの組立完成図である。 本発明による第１実施形態に係るリニアモータにおいて、凸部と凹部の嵌め合いを示す楔形組み合わせの概略図である。 本発明による第１実施形態に係るリニアモータの一次側部材と二次側部材の断面構成図である。 本発明による第２実施形態に係るリニアモータの構成図であり、（ａ）は一次側部材と二次側部材の断面構成図、（ｂ）は（ａ）に示す二次側部材の斜視図である。 （ａ）は本発明による第２実施形態に係るリニアモータの概念を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す一次側部材を永久磁石にしたときの斜視図である。 本発明による第３実施形態に係るリニアモータの組立展開図である。 図８に示す組立展開図に基づいて組み立てられたリニアモータの組立工程図である。 図９の組立工程図に基づいて組み立てられたリニアモータの組立完成図である。 本発明による第４実施形態に係るリニアモータの組立展開図である。 図１１における上面部材とスペーサの位置決め要部を示す概念図であり、（ａ）は組み立て前の状態、（ｂ）は組み立て後の状態を示す。 本発明による第４実施形態に係るリニアモータの変形例を示す組立展開図である。 本発明による第５実施形態において、リニアモータをＸＹ駆動ステージに結合する場合の全体構成図である。 図１４におけるＹ軸とＸ軸の嵌め合い部分の組立展開図である。 本発明による第６実施形態に係るリニアモータの組立展開図である。 比較例によるリニアモータの組立展開図である。

符号の説明

１ リング状コア（コア）
１ａ 前部リング状コア
１ｂ 後部リング状コア
２ 一次側部材
３ 電機子歯
４ 電機子巻線
７ 磁石
８、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 貫通穴
１０スリット溝
１１ 凸部材
５１ リニアモータ
１６、Ａ、Ｂ、Ｃ 電機子ユニット
２０ａ 上面部材
２０ｂ、２０ｂ′ 側面部材
２０ｃ Ｌ字型部材
２１ スペーサ
２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３、２２ａ４ 凹部
２２ｂ１、２２ｂ１′、２２ｂ２、２３ｂ３、２２ｂ４ 凸部
２３ａ、２３ａ′ 位置決め凸部
２３ｂ 位置決め凹部
３０ ボルト
５０（５１、５２、５３、５４、５４ｂ、５６） リニアモータ（本実施形態）
５９ リニアモータ（比較例）
１００ａ 凸部を有するリニアモータ側部材
１００ｂ 凹部を有するＸＹステージ側部材
１０１ａ 凹部を有するＸ軸側部材
１０１ｂ 凹部を有するＹ軸側部材
１０３，１０４ Ｙ軸
１０５ Ｘ軸
２３０ ガイドレール
２３１ 支持機構

Claims (12)

1. 複数の磁石を進行方向に沿って配置した一次側部材と、コアおよび電機子巻線からなる電機子ユニットならびに当該電機子ユニット間に介挿したスペーサを前記進行方向に沿って配置した二次側部材と、外装部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材とが相対移動するリニアモータであって、
   前記二次側部材はアリガタまたはアリミゾからなる第１の凹凸形状部を有し、
   前記外装部材は前記第１の凹凸形状部に嵌め合いうる形状のアリミゾまたはアリガタからなる第２の凹凸形状部を有し、
   前記第２の凹凸形状部と前記第１の凹凸形状部とを嵌め合わせ、前記外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とするリニアモータ。
2. 複数の磁石を進行方向に沿って配置した一次側部材と、コアおよび電機子巻線からなる電機子ユニットならびに当該電機子ユニット間に介挿したスペーサを前記進行方向に沿って配置した二次側部材と、外装部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材とが相対移動するリニアモータであって、
   前記スペーサはアリガタまたはアリミゾからなる第１の凹凸形状部を有し、
   前記外装部材は前記第１の凹凸形状部に嵌め合いうる形状のアリミゾまたはアリガタからなる第２の凹凸形状部を有し、
   前記第２の凹凸形状部と前記第１の凹凸形状部とを嵌め合わせ、前記外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とするリニアモータ。
3. 複数の磁石を進行方向に沿って配置した一次側部材と、コアおよび電機子巻線からなる電機子ユニットならびに当該電機子ユニット間に介挿したスペーサを前記進行方向に沿って配置した二次側部材と、外装部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材とが相対移動するリニアモータであって、
   前記電機子ユニットはアリガタまたはアリミゾからなる第１の凹凸形状部を有し、
   前記外装部材は前記第１の凹凸形状部に嵌め合いうる形状のアリミゾまたはアリガタからなる第２の凹凸形状部を有し、
   前記第２の凹凸形状部と前記第１の凹凸形状部とを嵌め合わせ、前記外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とするリニアモータ。
4. 前記二次側部材は、前記進行方向に沿った複数の面に前記第１の凹凸形状部を備え、
   前記外装部材は、前記二次側部材の前記複数の少なくとも２面を覆う複数枚からなり、
   前記複数枚の外装部材は、それぞれ、前記第１の凹凸形状部に対応して嵌め合いうる第２の凹凸形状部と、前記外装部材同士を嵌め合いうる第３の凹凸形状部と、を備え、
   前記複数枚の外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
5. 前記第１の凹凸形状部、前記第２の凹凸形状部、および、前記第３の凹凸形状部は、それぞれ、その前記進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹形状部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸形状部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアモータ。
6. 複数の磁石を進行方向に沿って配置した一次側部材と、コアおよび電機子巻線からなる電機子ユニットならびに当該電機子ユニット間に介挿したスペーサを前記進行方向に沿って配置した二次側部材と、外装部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材とが相対移動するリニアモータであって、
   前記二次側部材は当該二次側部材に沿った面と平行に穿設または突出した第１の凹凸形状部を有し、
   前記外装部材は前記二次側部材に取り付けたとき前記第１の凹凸形状部と平行に穿設または突出した第２の凹凸形状部を有する外装部材を備え、
   前記第２の凹凸形状部と前記第１の凹凸形状部とを嵌め合わせ、前記外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体に保持したことを特徴とするリニアモータ。
7. 前記電機子ユニットが直列に複数個並べられ、その電機子ユニットの磁極ピッチをＰ、隣り合う前記電機子ユニットを配置可能な範囲で任意の正の整数をｋ、当該リニアモータの相数をＭとしたとき、
   隣り合う前記電機子ユニットの磁極歯のピッチ間隔ＳＰは、
   ＳＰ＝（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）
   で表わされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアモータ。
8. 前記電機子ユニットが直列に複数個並べられ、その電機子ユニットの磁極ピッチをＰ、隣り合う前記電機子ユニットを配置可能な範囲で任意の正の整数をｋ、当該リニアモータの相数をＭとしたとき、
   前記電機子ユニットに隣接して配置された前記ピッチ間隔ＳＰが、
   ＳＰ＝（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）
   で表わされるように、前記電機子ユニットの間に前記スペーサを介挿したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアモータ。
9. 前記電機子ユニットは、前記一次側部材の表面と裏面の両面に対向して空隙を設けた構造で閉磁路を構成すること特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のリニアモータ。
10. 前記外装部材によって前記電機子ユニットと前記スペーサとを一体にした後、前記二次側部材と前記外装部材とを締め付け固定する締結手段を具備したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のリニアモータ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載のリニアモータによって一次側部材と二次側部材とが相対移動する駆動ステージであって、
    前記一次側部材は、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第４の凹凸形状部を備え、
    前記二次側部材は、前記第４の凹凸形状部と嵌り合い、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第５の凹凸形状部を備え、
    前記第４の凹凸形状部と前記第５の凹凸形状部とが嵌り合い前記リニアモータによって摺動することを特徴とする駆動ステージ。
12. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の第１のリニアモータによってＸ軸に沿って移動し、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の第２のリニアモータによってＹ軸に沿って移動するＸＹ駆動ステージであって、
    Ｘ軸に沿って延設され、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第４の凹凸形状部と、
    前記Ｘ軸に沿って延設され、前記第４の凹凸形状部と嵌り合い、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第５の凹凸形状部と、
    Ｙ軸に沿って延設され、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第６の凹凸形状部と、
    前記Ｙ軸に沿って延設され、前記第６の凹凸形状部と嵌り合い、その進行方向を横切る断面が奥部に向かって広がった楔形状の凹部、または、その前記進行方向を横切る断面が先端に向かって広がった楔形状の凸部である第７の凹凸形状部と、
    を具備し、
    前記第４の凹凸形状部と前記第５の凹凸形状部とが嵌り合い前記第１のリニアモータによって摺動し、前記第６の凹凸形状部と前記第７の凹凸形状部とが嵌り合い前記第２のリニアモータによって摺動することを特徴とするＸＹ駆動ステージ。

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