JP2010057357A - リニアモータアクチュエータ及び多軸リニアモータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマグネットが収容されるロッドに無関係に軸部材を選定でき、また推力を落とすことなく、全長を短くできるリニアモータアクチュエータを提供する。
【解決手段】リニアモータのロッド１に平行に第二の軸部材１２を配置する。ロッド１の直線運動に連れて第二の軸部材１２が直線運動するように、ロッド１の先端部と第二の軸部材１２の先端部とを第一の連結部材１１で連結する。第二の連結部材１４は、第二の軸部材１２が直線運動できるように第二の軸部材１２とハウジング２とを連結し、ロッド１の軸線の回りを第二の軸部材１２が旋回するのを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネットに発生する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アクチュエータに関する。

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、Ｎ極及びＳ極が軸線方向に交互に形成されるロッドを三相コイルによって囲んだロッドタイプのリニアモータが知られている。三相コイルに１２０°ずつ位相が異なる三相交流電流を流すと、ロッドの軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッドは移動磁界により推力を得てロッドの軸線方向に直線運動する。

ロッドタイプリニアモータにおいて、ロッドはコイル内で浮いていて、その軸線の回りを回転できる状態にある。ロッドタイプリニアモータをアクチュエータとして用いる場合、ロッドの回転を阻止する必要がある。例えば、電子部品を基板に実装するチップマウンタとしてリニアモータを使用する場合、ロッドの先端に吸着した電子部品の姿勢を一体に保つためにロッドの回転を阻止する必要がある。従来のリニアモータにおいては、ロッドにスプライン軸を直列に締結し、コイルが収容されるハウジングにスプライン軸を案内するスプラインナットを取り付け、スプラインナットによってスプライン軸がその軸線の回りを回転するのを阻止していた（例えば特許文献１参照）。

国際公開第2007/026566号パンフレット

しかし、従来のリニアモータにおいては、ロッドに締結されるスプライン軸の種類が限られてしまい、ロッドとは無関係にアクチュエータに適した軸部材を選択することができない。また、リニアモータの全長がロッドとスプライン軸とを合算した長さになるので、リニアモータの全長が長くなり易くなる。もし、スプライン軸の長さの分だけマグネットが収容されるロッドの長さを短くするならば、ロッドの磁力に作用できるコイルの数が少なくなるので、リニアモータの推力が低下してしまう。

そこで本発明は、複数のマグネットが収容されるロッドに無関係に軸部材を選定でき、また推力を落とすことなく、全長を短くできるリニアモータアクチュエータ、及びこのリニアモータアクチュエータを組み合わせた多軸リニアモータアクチュエータ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、本発明は、複数のマグネットを有し、軸線方向にＮ極及びＳ極が交互に形成される第一の軸部材と、前記第一の軸部材を囲み、前記第一の軸部材の軸線方向に積層される複数のコイルと、前記複数のコイルが収容されるハウジングと、前記第一の軸部材と平行に配置される第二の軸部材と、前記ハウンジングに対して前記第一の軸部材がその軸線方向に直線運動するのに連れて、前記第二の軸部材がその軸線方向に直線運動するように、前記第一の軸部材と前記第二の軸部材を連結する第一の連結部材と、前記第二の軸部材がその軸線方向に直線運動できるように前記第二の軸部材と前記ハウジングとを連結すると共に、前記第一の軸部材の軸線の回りを前記第二の軸部材が旋回するのを防止する第二の連結部材と、を備えるリニアモータアクチュエータ。

第一の軸部材に平行に第二の軸部材が配置されるので、複数のマグネットを有する第一の軸部材に直列にスプライン軸を締結する必要がなくなり、第一の軸部材と無関係に第二の軸部材を選択することができる。また、第一の軸部材を折り返すように第二の軸部材が設けられるので、推力を落とすことなく、リニアモータアクチュエータの全長を短くすることができる。

本発明の第一の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図（一部断面図を含む） リニアモータの斜視図（一部断面図を含む） コイルとマグネットを示す概念図 コイルホルダに保持されたコイルユニットを示す斜視図 コイルホルダに保持されたコイルユニットを示す図（図中（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は断面図を示す） ボールブッシュ型外筒の斜視図 スプライン型外筒の斜視図 リニアモータアクチュエータの全体の長さ及び推力を比較した図（図中（Ａ）及び（Ｂ）が比較例を示し、（Ｃ）が本発明例を示す） 本発明の第二の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図 上記第二の実施形態のリニアモータアクチュエータに組み込まれるスプライン外筒の斜視図 本発明の第三の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図 多軸リニアモータアクチュエータの斜視図 多軸リニアモータアクチュエータの平面図

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は本発明の第一の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図を示す。この実施形態のリニアモータアクチュエータは、例えば電子部品等の移動体を基板上にマウントするチップマウンタに組み込まれる。

第一の軸部材であるロッド１には、複数のマグネット３（図２参照）が収容され、軸線方向にＮ極及びＳ極が交互に形成される。直方体形状のハウジング２には、ロッド１を囲む複数のコイル４（図２参照）が収容される。複数のコイル４は、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相からなる三相コイルである。三相コイルに三相交流電流を流すと、ハウジング２に対してロッド１がその軸線方向に直線運動する。

ロッド１の先端には、ロッド１の軸線方向と直交する方向に細長く伸びる第一の連結部材１１が固定される。第一の連結部材１１にはロッド１の外径に合わせた第一の貫通孔１１ａが開けられる。第一の連結部材１１の第一の貫通孔１１ａに通されたロッド１は、ねじ、接着、しまり嵌め等の固定手段によって第一の連結部材１１に固定される。ロッド１が第一の連結部材１１に固定されているので、ロッド１は第一の連結部材１１に対してその軸線方向に相対的に移動することもできないし、第一の連結部材１１に対してロッド１の軸線の回りを相対的に回転することもできない。

第二の軸部材１２はロッド１と平行に配置される。第二の軸部材１２はロッド１を折り返すようにロッド１の先端部からハウジング２側に向かって伸びる。第二の軸部材１２は中空に形成される。第二の軸部材１２の先端部には第一の連結部材１１が固定される。第一の連結部材１１には第二の軸部材１２の外径に合わせた第二の貫通孔１１ｂが開けられる。第一の連結部材１１の第二の貫通孔１１ｂに通された第二の軸部材１２は、ねじ、接着、しまり嵌め等の固定手段によって第一の連結部材１１に固定される。第一の連結部材１１に固定されているので、第二の軸部材１２は第一の連結部材１１に対してその軸線方向に相対的に移動することもできないし、第一の連結部材１１に対して第二の軸部材１２の軸線の回りを相対的に回転することもできない。第一の連結部材１１にはロッド１の先端部及び第二の軸部材１２の先端部が固定されるので、ハウジング２に対してロッド１が軸線方向に直線運動するのに連れて、第二の軸部材１２がその軸線方向に直線運動する。

ハウジング２の端面には、ロッド１の軸線と直交する方向で第二の軸部材１２に向かって細長く伸びる矩形プレート状の第二の連結部材１４が固定される。第二の連結部材１４はボルト、ねじ等の固定手段によってハウジング２の端面に固定される。ロッド１は第二の連結部材１４には連結されていない。第二の連結部材１４にはロッド１の外径よりも大きな孔（図示せず）が開けられる。ロッド１はこの孔に挿通される。第二の連結部材１４は、第二の軸部材１２の、第一の連結部材１１よりもハウンジング側の部分とハウジング２とを連結する。第二の連結部材１４には、外筒１５が埋め込まれる直方体形状のケーシング１６が取り付けられる。ケーシング１６はボルト、ねじ等の固定手段によって第二の連結部材１４に固定される。第二の連結部材１４に一体に固定される外筒１５は、第二の軸部材１２が直線運動するのを案内する。もし第二の連結部材１４を設けないと、ロッド１の軸線の回りを第二の軸部材１２が旋回してしまう。第二の連結部材１４は、ロッド１の軸線の回りを第二の軸部材１２が旋回するのを防止する。第二の軸部材１２及び外筒１５の構造については後述する。

第二の軸部材１２の先端部には、電子部品等を吸着する吸着具として吸着パッド１７が取り付けられる。第二の軸部材１２には、ホースを介して図示しない真空発生装置が接続される。真空発生装置を作動させると、ホースや第二の軸部材１２を介して吸着パッド１７からエアーが吸引される。

図２は、リニアモータの斜視図を示す。リニアモータは、Ｎ極及びＳ極が軸線方向に交互に形成されるように複数のマグネット３を有するロッド１と、ロッド１を囲み、ロッド１の軸線方向に積層される複数のコイル４と、複数のコイル４が収容されるハウジング２と、を備える。リニアモータは、マグネット３に発生する磁界と複数のコイル４に流す電流によって運動するための推力を発生する。

図３はリニアモータの概念図を示す。ロッド１内の中空空間には、円盤状の複数のマグネット３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。ロッド１の周囲には、ロッド１を囲む複数のコイル４が積層される。コイル４は３つでＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルとなる。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。三相コイルに１２０°ずつ位相が異なる三相交流電流を流すと、コイル４の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド１は移動磁界により推力を得て、移動磁界の速さと同一の速さでコイル４に対して相対的に直線運動を行なう。

図２に示されるように、リニアモータのロッド１は、ハウジング２にロッド１の軸線方向に移動可能に支持される。コイルユニットはコイルホルダ５に保持され、これらコイルユニット及びコイルホルダ５はハウジング２に収容される。

ロッド１は、例えばステンレス等の非磁性材からなり、中空空間を有する。ロッド１の中空空間には、円柱状の複数のマグネット３が互いに同極が対向するように積層される。マグネット３の間には、例えば鉄等の磁性体からなるポールシュー７が介在される。

コイル４は銅線を螺旋状に巻いたもので、コイルホルダ５に保持されている。この実施形態では、コイル４及びコイルホルダ５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金型内に流すインサート成形によってハウジング２を形成する。成形品を金型から取り出すと、コイル４の周囲がハウジング２で覆われている状態になる。インサート成形によってハウジング２を形成することで、ハウジング２の肉厚を薄くできるという利点がある。リニアモータを並べて使用する場合には、リニアモータの寸法を小さくする必要がある。

ハウジング２には、リニアモータをチップマウンタのヘッドに取り付けるための取付け部としてねじ孔２ｂが加工される。またハウジング２には、ヘッドに対するハウジング２の位置決めをするためのピンが挿入される位置決め穴２ｃが開けられる。コイル４との絶縁を保つ必要があるため、ハウジング２の材料には絶縁性の高い樹脂が使用される。ハウジング２には、放熱性を高めるためにフィン２ａが形成される。

ロッド１はリニアモータの作動中、コイル４内で浮いている状態になっている。ロッド１の直線運動を支えるために、ロッド１の軸線方向におけるハウジング２の両端部には、ブッシュ８が設けられる。ブッシュ８は、ハウジング２の両端に一体に成形されたエンド部材９に固定される。

図４は、コイルホルダ５に保持された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複数のコイル４を軸線方向に積層したものである。コイル４のリード線４ａは一本一本接続する必要がある。コイル４のリード線４ａの配線を簡素化するために絶縁基板６が用意される。

図５は、コイル４、及びコイル４を保持するコイルホルダ５の詳細図を示す。隣接するコイル４同士を絶縁する必要があるので、コイル４間には絶縁材として樹脂製のスペーサ部５ｂが介在される。スペーサ部５ｂはコイル４の正面形状と同様に円環形状に形成される。スペーサ部５ｂはコイル４の配列方向に細長く伸びる板状のホルダ本体部５ａに一体に成形される。コイルホルダ５は樹脂の射出成形品であり、コイル４の配列方向に細長く伸びる板状のホルダ本体部５ａと、ホルダ本体部５ａから垂下する薄肉の複数のスペーサ部５ｂとから構成される。ホルダ本体部５ａの上面には、絶縁基板６の取り付け座が形成される。ホルダ本体部５ａの側面には、射出成形するときにコイルホルダ５を金型に固定するための突起５ｃ（図４参照）が設けられる。射出成形時の圧力により、コイルホルダ５が位置ずれするのを防止するためである。図４に示されるように、ホルダ本体部５ａの下面には、コイル４の外形形状に合わせた曲面状の窪み５ｄが形成される。リード線４ａを絶縁基板６のスルーホール６ａ（図４にはスルーホール６ａにコイル４の配線４ａが半田付けされた状態が示されている）まで導くために、ホルダ本体部５ａには絶縁基板６のスルーホール６ａと同じ位置に複数の配線用孔が空けられる。

図６は、第二の連結部材１４に一体に固定される外筒１５を示す。円筒形の外筒１５の内部には、保持器２１とボール１８が組み込まれる。外筒１５の内部には、第二の軸部材１２がその軸線方向に直線運動可能に組み込まれる。第二の軸部材１２の外径の断面は円形に形成される。ボール１８と第二の軸部材１２とは点接触するので、最小の摩擦抵抗で第二の軸部材１２が直線運動する。

第二の軸部材１２は中空丸棒からなる。第二の軸部材１２の外周面を直接ボール１８が転動するので、第二の軸部材１２は硬さ、表面粗さ、及び寸法精度に注意して製作される。第二の軸部材１２の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼等の焼入れに適した材質が用いられ、第二の軸部材１２の表面は焼入れ等の熱処理を経て所定の硬度に加工される。第二の軸部材１２の表面粗さを低減するために、第二の軸部材１２の外周面は研削加工されてもよい。

外筒１５は中空の筒体である。図６に示されるように、外筒１５の外周面は円筒形状であり、内周面は異形形状である。異形形状の内径部に軸線方向に伸びる負荷ボール転走溝が形成される。負荷ボール転走溝は周方向に均等間隔を空けて例えば四条形成される。外筒１５は例えば、素材を押出し成形等により加工し、内径・外径・端面等を切削加工し、焼入れ後、外径・内径を研削加工することで製造される。外筒１５の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼等の焼入れに適した材質が用いられる。外筒１５の外周面には、外筒１５を第二の連結部材１４に取り付けるための止め輪が装着される外周溝１５ａが形成される。外筒１５は完全な円筒形でなくても、軸線方向に切断された所謂開放形であってもよいし、外筒１５と第二の軸部材１２との隙間を調整できるように円筒形の外筒１５に軸線方向に伸びるすり割りが設けられてもよい。

外筒１５と第二の軸部材１２との間に介在されるボール１８は、一般の軸受けに用いられる転動体と同様に鋼製である。外筒１５には保持器２１が組み込まれる。保持器２１は外筒１５の内側に組み込まれる中空筒体である。保持器２１には、四つのサーキット状ボール循環経路１９が形成される。ボール循環経路１９は、外筒１５の負荷ボール転走溝に沿った負荷ボール転走路１９ａ、負荷ボール転走路１９ａと平行に伸びるボール戻し通路１９ｂ、負荷ボール転走路１９ａの端とボール戻し通路１９ｂの端とを接続する円弧形状の方向転換路１９ｃで構成される。負荷ボール転走路１９ａは保持器２１の外周面及び内周面の双方に開口する。負荷ボール転走路１９ａに配列されたボール１８は、外筒１５の負荷ボール転走溝及び第二の軸部材１２の外周面に接触する。外筒１５に対して第二の軸部材１２が相対的に直線運動すると、負荷ボール転走路１９ａに配列されたボール１８はこれらの間で転がり運動する。ボール戻し通路１９ｂは保持器２１の外周面のみに開口する。外筒１５と保持器２１のボール戻し通路１９ｂとによって閉じた断面の無負荷戻し通路が構成される。無負荷戻し通路においては、ボール１８の周囲には僅かな遊びがある。ボール１８は後続のボール１８に押されながら無負荷戻し通路を移動する。保持器２１は、止め輪２０によって外筒１５の所定位置に固定される。

図７は、第二の軸部材及び外筒の他の例を示す。この例の第二の軸部材２２の外周面には、スプライン溝として長手方向に伸びる複数条のボール転走溝２２ａが形成される。スプライン外筒２３の内周面には第二の軸部材２２の複数条のボール転走溝２２ａに対向する複数条の負荷ボール転走溝が形成される。第二の軸部材２２は第一の連結部材１１に固定されているので、第二の軸部材２２は第一の連結部材１１によって回り止めされている。このため、スプライン外筒２３に対して第二の軸部材２２を回り止めする必要はない。しかし、第二の軸部材２２の外周面にボール転走溝２２ａを形成することによって、例えば第二の軸部材２２の先端の吸着パッド１７に第二の軸部材２２の軸線に直交する方向の荷重がかかったり、軸線回りのモーメント荷重がかかったりする場合でも、これらの荷重を負荷できるようになる。さらに、第二の軸部材２２の案内の精度を上げたり、ボール２４の寿命を長くしたりすることもできる。

第二の軸部材２２は中空丸棒からなる。第二の軸部材２２の外周面には、軸線方向に伸びる複数条（この実施形態では六条）のボール転走溝２２ａが形成される。ボール転走溝２２ａの断面形状はボール２４の曲率よりも若干大きいサーキュラーアーク溝形状に形成される。ボール２４が負荷を受けながら転がり運動するので、第二の軸部材２２のボール転走溝２２ａの硬さ、表面粗さ、及び寸法精度は注意して製作される。第二の軸部材２２の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼などの焼入れに適した材質が用いられる。また、第二の軸部材２２のボール転走溝２２ａの表面は焼入れなどの熱処理を経て所定の硬度に加工される。ボール転走溝２２ａの表面粗さを低減するために、ボール転走溝２２ａの外周面は研削加工される。

スプライン外筒２３と第二の軸部材２２との間に介在されるボール２４は、一般の軸受けに用いられる転動体と同様に鋼製である。スプライン外筒２３は中空の筒体である。スプライン外筒２３の外周面は円筒形状であり、スプライン外筒２３の内周面は大径部と小径部とを繰り返して有する異形形状である。内径部にボール転走溝２２ａに対向し、軸線方向に伸びる負荷ボール転走溝が形成される。スプライン外筒２３は例えば、素材を押出し成形などにより異形形状に加工し、内径・外径・端面などを切削加工し、焼入れ後、外径・内径を研削加工することで製造される。スプライン外筒２３の材質には、好ましくは軸受け鋼、炭素工具鋼などの焼入れに適した材質が用いられる。

図７に示されるように、スプライン外筒２３には保持器２６が組み込まれる。保持器２６はスプライン外筒２３の内側に組み込まれる中空筒体である。保持器２６の外周面は、スプライン外筒２３の内周面に形状を合わせた異形形状であり、大径部と小径部とを有する。保持器２６には、スプライン外筒２３の負荷ボール転走溝の条数に合わせて複数のサーキット状のボール循環経路２７が形成される。ボール循環経路２７は、スプライン外筒２３の負荷ボール転走溝に沿った負荷ボール転走路２７ａ、負荷ボール転走路２７ａと平行に伸びるボール戻し通路２７ｂ、負荷ボール転走路２７ａの端とボール戻し通路２７ｂの端とを接続する円弧形状の方向転換路２７ｃで構成される。負荷ボール転走路２７ａは保持器２６の小径部にあり、保持器２６の外周面及び内周面の双方に開口する。ボール２４はスプライン外筒２３の負荷ボール転走溝と第二の軸部材２２のボール転走溝２２ａに接触しながら転がり運動する。ボール戻し通路２７ｂは保持器２６の大径部にあり、保持器２６の外周面のみに開口する。スプライン外筒２３と保持器２６のボール戻し通路２７ｂとによって閉じた断面の無負荷戻し通路が構成される。無負荷戻し通路においては、ボール２４の周囲には僅かな遊びがある。ボール２４は後続のボール２４に押されながら無負荷戻し通路を移動する。保持器２６は、ボール循環経路２７に配列・収容されたボール列を循環可能に保持し、スプライン外筒２３を第二の軸部材２２から外したときにボール２４が脱落するのを防止する。この保持器２６は、止め輪２９によってスプライン外筒２３の所定位置に固定される。

図８は、本発明例と比較例とで、リニアモータアクチュエータの全体の長さ及び推力を比較したものである。図８中（Ａ）及び（Ｂ）が比較例を示し、（Ｃ）が本発明例を示す。図８（Ｃ）に示されるように、本発明例においては、第一の軸部材であるロッド１に並列にかつロッド１を折り返すように第二の軸部材１２が配置されるので、推力を落とすことなく、リニアモータアクチュエータの全長を短くすることができる。これに対し、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ロッド１に直列にスプライン軸３１を直結し、スプラインナット３２によってスプライン軸３１の直線運動を案内した場合、スプライン軸３１がストロークする範囲であるシャフト移動範囲（図参照）のコイル４は有効に働かなくなる。スプライン軸３１の内部にマグネット３を収容することができないからである。このため、図８（Ａ）に示されるように、本発明例のように有効コイル数を５ｓｅｔにする場合、すなわち本発明例に推力を合わせた場合、リニアモータアクチュエータの全体の長さが１３８ｍｍから１６４ｍｍに増加してしまう。一方、図８（Ｂ）に示されるように、本発明例にリニアモータアクチュエータの全長を合わせた場合、有効コイル数が３ｓｅｔになってしまい、推力が低下してしまうのがわかる。

ロッドタイプのリニアモータにおいては、ロッド１がコイル４内で浮いている状態にあるので、ロッド１がその軸線の回りを回転してしまう。ロッド１を第一の連結部材１１に固定することで、ロッド１の軸線回りの回転を防止することができる。さらに第二の軸部材１２を第一の連結部材１１に固定することで、第二の軸部材１２のその軸線の回りの回転を防止することができ、第二の軸部材１２の先端に設けられる吸着パッド１７（図１参照）の姿勢を一定に保つことができる。

さらに第二の軸部材１２を中空に形成することで、第二の軸部材１２を吸着パッドの真空系統として有効に利用することができる。ロッド１のマグネット３に真空系統としての貫通孔を開けなくて済むので、真空系統を容易に構成することができ、また、真空系統の長さ（第二の軸部材１２の軸線方向の長さ）を短くすることができるので、エアーの応答性も向上させることができる。第二の軸部材１２の軸線方向の長さが短いので、第二の軸部材１２に接続される真空系統のホースの取扱いも容易になる。

図９は、本発明の第二の実施形態におけるリニアモータアクチュエータの斜視図を示す。この実施形態のリニアモータアクチュエータにおいても、リニアモータの第一の軸部材であるロッド１と平行に第二の軸部材４２が設けられる。ロッド１の先端部と第二の軸部材４２の先端部とは第一の連結部材４１に固定されている。リニアモータのハウジング２の端部には、第一の連結部材４１と平行な第二の連結部材４４が固定される。第二の連結部材４４は、第二の軸部材４２が直線運動するのを許容しつつ、第二の軸部材４２がロッド１の回りを旋回するのを防止する。互いに平行なロッド１及び第二の軸部材４２、並びに互いに平行な第一及び第二の連結部材４１，４４によって井桁形状が形成される。

この実施形態のリニアモータアクチュエータにおいて、第二の軸部材４２は、第二の軸部材４２の軸線方向に離間して配列された二つの外筒４６によって案内される。第二の連結部材４２には、第二の軸部材４２の軸線方向に細長い立方体形状のケーシング４６が取り付けられる。二つの外筒４６はこのケーシング４５に収容される。外筒４６には、図６に示すボールブッシュタイプが用いられるか、又は図７に示すボールスプラインタイプが用いられる。なお、リニアモータがロッドタイプリニアモータである点、第二の軸部材４２が中空であり、先端に吸着パッドが設けられる点は、上記第一の実施形態のリニアモータアクチュエータと同一である。

第二の実施形態のリニアモータアクチュエータによれば、第二の軸部材４２が直線運動するのを軸線方向に離間させた二つの外筒４６で案内するので、第二の軸部材４２が、第二の軸部材４２の先端にかかるモーメント荷重によって振れたり、傾いたりするのを防止することができる。

図１０は、上記第二の実施形態のリニアモータアクチュエータにおいて、第二の軸部材４２の剛性をさらに高めた例を示す。この例において、第二の軸部材４２及び二つの外筒４６には、図７に示すボールスプラインタイプが用いられる。第二の軸部材４２の外周面には、軸線方向に伸びる複数本のスプライン溝４２ａ（図７の２２ａに相当）が形成される。二つの外筒４６の内周面には、第二の軸部材４２の複数本のスプライン溝に対向する転動体転走溝としてのボール転走溝が形成される。外筒４６にはさらに、第二の軸部材４２のスプライン溝４２と外筒４６のボール転走溝とを転がるボール（図７の２４に相当）を循環させるボール循環経路（図７の２７に相当）が設けられる。二つの外筒４６は、第二の軸部材４２に対して互いに反対方向にねじられた状態でケーシングに取り付けられている。すなわち、上側の外筒４６は第二の軸部材に対して時計方向のトルクを与えられた状態で、下側の外筒４６は反時計方向のトルクを与えられた状態でケーシング４５に固定される。このため、二つの外筒４６のボール転走溝の位相は周方向に僅かにずれている。

この例のリニアモータアクチュエータによれば、上下二つの外筒４６に収容されるボールが周方向に互いに反対方向に圧縮されるので、予圧が付与された状態を保つことができる。このため、第二の軸部材４２の周方向のがたつきをなくすことができ、第二の軸部材４２の周方向の剛性を向上させることができる。

図１１は、本発明の第三の実施形態におけるリニアモータアクチュエータを示す。この実施形態においては、リニアモータのロッド１の回転を阻止する回転阻止構造４６Ａ，４６Ｂがロッド１の軸線方向の両端部に配置されている。すなわち、回転阻止構造４６Ａ，４６Ｂは、ロッド１の軸線方向の一方の端部に配置される第一の回転阻止構造４６Ａと、ロッド１の軸線方向の他方の端部に配置される第二の回転阻止構造４６Ｂと、から構成される。回転阻止構造４６Ａ，４６Ｂそれぞれは、ロッド１と平行な第二の軸部材１２と、ロッド１の先端部と第二の軸部材１２の先端部に固定される第一の連結部材１１と、ハウジング２の端部に固定され、第二の軸部材１２がその軸線方向に運動するのを許容する第二の連結部材１４と、から構成される。第二の連結部材１４には、ケーシング１６が取り付けられ、ケーシングには、第二の軸部材１２が直線運動するのを案内する外筒１５が収容される。

この第三の実施形態のリニアモータアクチュエータによれば、ロッド１の軸線方向の両端部でロッド１の回転が阻止されているので、ロッド１の剛性を高めることができ、ひいてはロッド１に連結される第二の軸部材１２の剛性を高めることができる。

図１２及び図１３は、本発明のリニアモータアクチュエータを複数組み合わせた多軸リニアモータアクチュエータを示す。この多軸リニアモータアクチュエータにおいては、複数のリニアモータのロッド１を一列に積層するのではなく、リニアモータのロッド１と平行な第二の軸部材１２を一列に積層している。複数の第二の軸部材１２はその軸線が平行になるようにかつその軸線が一平面Ｆ１（図１３参照）内に配置されるように積層される。外筒１５が収容されるケーシング１６は直方体形状に形成される。ハウジング２とケーシング１６を連結する第二の連結部材１４の積層方向における横幅Ｗは、ケーシング１６の横幅に等しく、またハウジング２の横幅に等しい。複数のケーシング１６はその側面が互いに接触する。

隣り合う一対のリニアモータアクチュエータの一対のロッド１は、第二の軸部材１２の軸線が含まれる一平面Ｆ１を挟んで当該一平面Ｆ１の両側に配置される。一対のロッド１それぞれは一平面Ｆ１に直交する方向にそれぞれ平面Ｆ１から一定の距離Ｌを開けて配置される。隣り合う一対のリニアモータアクチュエータの一対のロッド１は、一平面Ｆ１を挟んで一平面Ｆ１の両側に互い違いに配列されるので、一平面Ｆ１の片側に配列されるロッド１間のピッチＰ２は第二の軸部材１２間のピッチＰ１の二倍になる。

マグネット３を有するロッド１間の距離が短いと、一つのロッド１が軸線方向に移動するのに連れて隣のロッド１が移動方向に移動する。隣り合う一対のロッド１のマグネット３同士の磁力の影響が生ずるからである。これを防止するためには、ロッド１間に磁気干渉を防ぐ磁気シールドプレートが必要になる。本実施形態によれば、一平面Ｆ１の片側に配列されるロッド１間には十分な距離が保たれるので、磁気干渉を防ぐ磁気シールドプレートが不要になる。

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種々変更できる。例えば、第二の軸部材の先端に取り付けられる工具の回転姿勢を制御できるように第二の軸部材を回転させる機構やモータを設けてもよい。第二の軸部材は中空に限られることはなく、アクチュエータの用途に応じて中実に形成されてもよい。

また、推力を大きくするために、ロッドがストロークする全範囲においてコイルに対向するマグネットが設けられることが望ましいが、アクチュエータに要求される推力が大きくない場合には、ロッドがストロークする全範囲においてコイルに対向するマグネットが設けられなくてもよい。すなわち、ロッドに収容されるマグネットの領域が少なくてもよい。

複数のリニアモータアクチュエータが並べられる多軸リニアモータアクチュエータにおいて、平行に並べられる第二の軸部材及びロッドは一平面内に配列されなくても、一平面からずれて例えばジグザグ状に配列されてもよい。全ての隣り合う一対のロッドが第二の軸部材の軸線が含まれる平面の両側に配置されなくても、少なくとも一対のロッドが第二の軸部材の軸線が含まれる平面の両側に配置されればよい。

多軸リニアモータアクチュエータにおいて、ハウジング間に磁気シールドプレートを介在させることができれば、リニアモータのロッドが第二の軸部材が含まれる平面の片側に隣り合うように配列されてもよい。また、リニアモータのロッドの軸線を平行に且つ一列に配置し、第二の軸部材をロッドの軸線が含まれる平面を挟んで当該平面の両側に配置してもよい。

第二の連結部材はエンド部材を含むハウジングに一体に成形されてもよい。外筒と第二の軸部材との間にはボールが介在されなくてもよく、ブッシュからなる外筒に対して第二の軸部材が滑ってもよい。

さらに、第二の軸部材の先端には吸着パッド以外に電気的な治具を取り付けてもよい。この場合、第二の軸部材の中空空間を配線スペースとして利用することができる。

１…ロッド（第一の軸部材），２…ハウジング，３…マグネット，４…コイル，１１…第一の連結部材，１２…第二の軸部材，１４…第二の連結部材，１５…外筒，１６…ケーシング，１７…吸着パッド（吸着具），２２…第二の軸部材，２３…スプライン外筒（外筒），Ｐ１…平面

Claims (9)

1. 複数のマグネットを有し、軸線方向にＮ極及びＳ極が交互に形成される第一の軸部材と、
   前記第一の軸部材を囲み、前記第一の軸部材の軸線方向に積層される複数のコイルと、
   前記複数のコイルが収容されるハウジングと、
   前記第一の軸部材と平行に配置される第二の軸部材と、
   前記ハウンジングに対して前記第一の軸部材がその軸線方向に直線運動するのに連れて、前記第二の軸部材がその軸線方向に直線運動するように、前記第一の軸部材と前記第二の軸部材を連結する第一の連結部材と、
   前記第二の軸部材がその軸線方向に直線運動できるように前記第二の軸部材と前記ハウジングとを連結すると共に、前記第一の軸部材の軸線の回りを前記第二の軸部材が旋回するのを防止する第二の連結部材と、を備えるリニアモータアクチュエータ。
2. 前記ハウジングに対して前記第一の軸部材がその軸線の回りを回転できないように、前記第一の軸部材が前記第一の連結部材に固定されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータアクチュエータ。
3. 前記第一の連結部材に対して前記第二の軸部材がその軸線の回りを回転できないように、前記第二の軸部材が前記第一の連結部材に固定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アクチュエータ。
4. 前記第二の軸部材が中空であり、前記第二の軸部材の先端部に設けた吸着具で移動体を吸着できるように真空吸引されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のリニアモータアクチュエータ。
5. 前記第二の連結部材には、ケーシングが取り付けれ、当該ケーシングには前記第二の軸部材がその軸線方向に直線運動するのを案内する外筒が収容されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のリニアモータアクチュエータ。
6. 前記外筒は、前記第二の軸部材の軸線方向に離間させた状態で少なくとも二つ設けられることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータアクチュエータ。
7. 前記第二の軸部材の外周面には、前記第二の軸部材の軸線方向に伸びる複数のスプライン溝が形成され、
   前記少なくとも二つの外筒それぞれには、前記複数本のスプライン溝に対向する複数の転動体転走溝が形成されると共に、前記複数のスプライン溝と前記複数の転動体転走溝との間を転がる転動体を循環させる複数の転動体循環経路が設けられ、
   前記少なくとも二つの外筒が前記第二の軸部材に対して反対方向にねじられた状態で前記ケーシングに収容されることを特徴とする請求項６に記載のリニアモータアクチュエータ。
8. 前記第二の軸部材、前記第一の連結部材、及び前記第二の連結部材から構成される回転阻止構造が、前記第一の軸部材の軸線方向の両端部に設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のリニアモータアクチュエータ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のリニアモータアクチュエータが複数組み合わされた多軸リニアモータアクチュエータであって、
   複数の第二の軸部材の軸線が平行に配置され、かつ、隣り合う一対のリニアモータアクチュエータの一対の第一の軸部材が、隣り合う一対の第二の軸部材の軸線が含まれる平面を挟んで当該平面の両側に配置されることを特徴とする多軸リニアモータアクチュエータ。

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